Почему приходится искусственно очищать воду если водоемы обладают способностью к самоочищению кратко
Обновлено: 07.07.2024
Самоочищение воды водоемов — это совокупность взаимосвязанных гидродинамических, физико-химических, микробиологических и гидробиологических процессов, ведущих к восстановлению первоначального (фонового) состояния водного объекта. Решающая роль при самоочищении принадлежит биологическим и физико-химическим процессам; последние преобладают при наличии в воде токсичных веществ, угнетающих биологические процессы. Самоочищающая способность реки зависит также от скорости речного потока, химического состава воды, ее температуры, массы взвешенных веществ, донного осадка, ила и др. Один из основных факторов самоочищения (снижение концентрации загрязнений)—это разбавление, хотя при этом имеет место снижение интенсивности процесса самоочищения.[ . ]
Самоочищение воды происходит не только на земледельческих полях орошения и полях фильтрации, но и в самом русле реки. Здесь протекают биохимические и физико-химические процессы, благодаря которым восстанавливаются химические и биологические качества воды. Сточная жидкость и нечистоты, попадая в водоемы, разбавляются водой. Часть микробов оседает на дно и там разрушается. Болезнетворные бактерии гибнут под влиянием света, неблагоприятной для них температуры, бактерицидного действия растворенного в воде кислорода. Огромное количество бактерий пожирают одноклеточные простейшие, рачки и другие зоопланк-тонные организмы.[ . ]
Самоочищение воды открытых водоемов от бактериальных загрязнений происходит за счет сложного комплекса физических, химических и биологических факторов, чему способствует разбавление загрязнений большой массой воды, перемешивание, оседание взвесей, влияние солнечного света, аэрация и т. п. Под влиянием биохимических процессов, протекающих в воде, в особенности окислительных, погибают патогенные микробы. Бактерии, кроме того, уничтожаются простейшими, которые заглатывают их как. пищу. Разрушающе действуют на бактерии также бактериофаги , микробы-антагонисты и антибиотики биологического происхождения [15, 161.[ . ]
Самоочищение загрязненных природных вод происходит при многократном (1:7. 1:12) их разбавлении чистой водой. Эти процессы в замкнутых водоемах и подземных водах протекают медленно. Полное самоочищение воды Мирового океана произойдет только через 2600 лет, а подземных — через 5000 лет.[ . ]
Самоочищение воды от нефти — многостадийный процесс, иногда растягивающийся на длительное время.[ . ]
Состав воды природных поверхностных источников непостоянный. В них непрерывно происходят процессы окисления, восстановления, осаждения крупных и тяжелых частиц, а также биохимические процессы, приводящие к самоочищению воды. Очень сильно изменяется состав поверхностных вод суши по сезонам года, а также эпизодически в результате атмосферных осадков. Минерализация подземных вод, особенно глубоко залегающих, подвержена значительно меньшим колебаниям.[ . ]
Состав воды природных источников непостоянный. В ней непрерывно протекают процессы окисления, восстановления, осаждения крупных и тяжелых частиц, а также ряд биологических процессов, приводящих к самоочищению воды.[ . ]
Процесс самоочищения воды осуществляется в этих случаях за счет жизнедеятельности различных групп почвенных организмов- бактерий, грибов, водорослей, простейших, червей и членистоногих; на поверхности почвенных комочков образуется биологическая пленка.[ . ]
Процесс самоочищения воды водоема от загрязнений проф. С. Н. Строганов делит на две стадии: 1) перемешивание загрязненной струи со всей массой воды, т. е. явление чисто физическое; 2) самоочищение в собственном смысле слова, т. е. процессы минерализации органических веществ и отмирания внесенных в водоем бактерий.[ . ]
Если сточные воды отводятся в водоем или в населенную живыми организмами почву, то упомянутые процессы происходят естественным путем. Живые организмы, отыскивающие себе питание в загрязненных сточных водах, имеются повсеместно. С увеличением количества питательных веществ их число быстро возрастает, а при израсходовании запасов питания они отмирают. Поскольку сброс сточных вод в водоемы происходит не однократно, а, как правило, носит регулярный характер, то можно считать, что микроорганизмы, находящиеся в наших водоемах, всегда обеспечены необходимыми питательными веществами. После того как загрязнения сточных вод подвергнутся разложению и расщеплению в результате многообразных физических, химических и биологических процессов, они постепенно уносятся вниз от места выпуска сточных вод. Мы называем этот процесс самоочищением водоема. Другими словами, самоочищение воды в реке или озере представляет собой возврат воды в естественное, первоначальное состояние, которое было нарушено в результате сброса в нее сточных вод.[ . ]
Интенсивность самоочищения вод от поступивших в них нефтепродуктов в значительной степени зависит от температуры: при 20-25°С за 20 суток окисляется 50-80% от общего количества поступившей в воду нефти, тогда как при 5 °С лишь 10-20% Часть содержащейся в воде нефти и продуктов ее разложения сорбируется донными отложениями, причем наибольшей сорбционной способностью обладают глинистые илы.[ . ]
Главный механизм самоочищения воды от отдельных групп органических веществ, когда биохимические воздействия выражены наиболее ярко, состоит в деградации нефти. Фракционирование и суммарное действие различных факторов после попадания нефти в воду хорошо известны; важное место в процессе разрушения нефтяных пятен принадлежит испарению. Углеводороды с длинными цепочками атомов углерода до С15 (температура кипения до 250 °С) улетучиваются с водной поверхности в течение 10 суток, углеводороды С15-С25 (250-400 °С) удерживаются намного дольше, а тяжелые фракции более С25 практически не испаряются. В целом только одно испарение может удалить до 50% углеводородов сырой нефти, до 10% тяжелой и до 75% легкой топливной нефти.[ . ]
В начале процесса самоочищения воды в прудах наблюдается симбиоз бактерий и водорослей, который к концу процесса сменяется антагонизмом. Отмирание бактерий и, в частности, патогенных кишечной группы происходит в результате выделения водорослями бактерицидных веществ. Поэтому в процессе доочистки сточных вод в биологических прудах имеет место не только удаление биогенных и органических веществ, но и бактериальных загрязнений. Как уже указывалось, для целей доочистки должны применяться строго аэробные биологические пруды. Обязательными условиями нормальной работы таких прудов является соблюдение оптимальных для водных организмов реакции среды (pH) и температуры, а также наличие растворенного кислорода не менее 1 мг/л. Важное значение имеет перемешивание воды, которое препятствует образованию анаэробных зон и способствует процессам стабилизации качества воды.[ . ]
Очень велик вклад в самоочищение вод животных — обитателей водоемов. Перерабатывая в пищевых связях органическое вещество, созданное растениями, животные-консументы часть этого вещества разлагают до исходных простых соединений — воды и углекислого газа, остальное в виде экскрементов переходит в форму, наиболее эффективно используемую микроорганизмами-редуцентами. Часть органического вещества откладывается в донных илах.[ . ]
Влияние на процессы самоочищения водоемов. Концентрация вольфрама 1 мг/л в экспериментальном водоеме тормозит ВПК, процессы аммонификации и нитрификации органических соединений, рост микрофлоры. Концентрация вольфрама 0,1 мг/л тормозит процессы самоочищения воды на 10—20%, а 0,01 мг/л не оказывает на них влияния [4].[ . ]
Поступление в речную воду веществ-загрязнителей нарушает физико-химическое равновесие в речном потоке. Для его восстановления в ореолах рассеяния загрязнителей происходит самоочищение воды. Самоочищение - это система механических, химических и биологических процессов, снижающих количество загрязнителей и изменяющих форму их нахождения. Самоочищение осуществляется при разбавлении атмосферными осадками или водой притоков.[ . ]
Главным фактором процессов самоочищения воды является ее кислородное насыщение. Под влиянием растворенного кислорода происходят окисление органических веществ и выпадение их на дно водоемов в виде минерального осадка.[ . ]
Условия отведения возвратных (сточных) вод в водные объекты определяются с учетом степени смешения возвратных (сточных) вод с водой водного объекта на расстоянии от места выпуска возвратных (сточных) вод до ближайшего контрольного створа водопользования, а также фонового состава водных объектов в местах выпуска сточных вод. Естественное самоочищение вод от поступающих в них веществ принимается во внимание, если этот процесс достаточно выражен и его закономерности изучены [10.6].[ . ]
В природных условиях комплекс физических процессов самоочищения воды от нефти состоит из ряда составляющих: испарения; оседания комочков, особенно перегруженных наносами и пылью; слипания комочков, взвешенных в толще воды; всплывания комочков, образующих пленку с включениями воды и воздуха; снижения концентраций взвешенной и растворенной нефти вследствие оседания, всплывания и смешивания с чистой водой. Интенсивность этих процессов зависит от свойств конкретного вида нефти (плотность, вязкость, коэффициент теплового расширения), наличия в воде коллоидов, взвешенных и влекомых частиц планктона и т. д., температуры воздуха и от солнечного освещения.[ . ]
Известно, что при выпуске биологически очищенных сточных вод в водоем желательно иметь возможно большую концентрацию растворенного кислорода в этих водах. Это позволяет ускорить процессы самоочищения воды водоема и улучшить его кислородный режим.[ . ]
Симбиоз бактерий и водорослей имеет место на начальных этапах самоочищения воды в прудах. К концу процесса очистки симбиоз сменяется антагонизмом.[ . ]
Следует подчеркнуть, что органическим веществам бытовых сточных вод сопутствует обильная сапрофитная и весьма часто патогенная микрофлора, поэтому концентрация органических веществ в воде является косвенным показателем массивности бактериального загрязнения водоемов. Вместе с тем об окончании процесса минерализации органических веществ бытовых сточных вод, а следовательно, об ослаблении или устранении опасности загрязнения водоема в эпидемиологическом отношении в известной мере можно судить по степени бактериального самоочищения воды. Этим определяются санитарное значение загрязнения водоемов органическими веществами бытовых сточных вод и ограничения его по величине биохимического потребления кислорода (БПК).[ . ]
По первому критерию оценивается влияние вредных веществ на процессы самоочищения воды от органических загрязнений в сточных водах, для чего определяется количество кислорода, необходимое для окисления органических веществ и развития водной микрофлоры. Характеристиками загрязненности воды в этом случае являются биологическое и химическое потребление кислорода (ВПК и ХПК — см. разд. 6.4.2).[ . ]
Обычная химическая и технологическая характеристика веществ по растворимости в воде не должна механически переноситься в область гигиенических исследований, где, как правило, приходится часто встречаться с весьма малыми концентрациями этих веществ в водоемах. Методика исследования стабильности вредных веществ промышленных сточных вод подчиняется запросам санитарной практики, с точки зрения которой медленно протекающий процесс самоочищения воды теряет свое значение.[ . ]
В Южно-Казахстанском регионе, характеризующемся аридностью климата, проблема рационального водо-потребления является чрезвычайно актуальной. В этой связи особую важность приобретают вопросы, связанные как с изучением источников загрязнения водных ресурсов, так и с разработкой методов их очистки. Известно, что в естественном самоочищении воды огромная роль принадлежит биоценозу организмов-гидробионтов -бактериям, водорослям, простейшим, беспозвоночным, которые в сформированных экологических пирамидах, в зависимости от продуценто-консументной природы, вносят свою лепту в процесс снижения концентрации токсических ингредиентов. Однако при массовом размножении организмы-гидробионты могут образовывать обрастания в трубах систем водоснабжения предприятий, вследствие чего происходит закупорка труб и создаются проблемы с качественным и своевременным обеспечением технологических процессов. В этой связи изучение состава биоценоза фитообрастаний и разработка мер борьбы с ними является актуальной проблемой.[ . ]
Учитывая, что в решении уравнений (26) и (27) затруднительным является только вычисление величин 10- "1, которые отражают процесс самоочищения воды от органических веществ, нами составлена вспомогательная табл. 22.[ . ]
Так как в водоеме происходит проце(С биохимического окисления органических веществ, сопровождающийся их минерализацией, расчет допустимого спуска сточных вод должен учитывать не только возможное разбавление, но и степень самоочищения воды водоема от органического загрязнения на пути до ближайшего пункта водопользования. Что касается реального значения процесса самоочищения, то это будет находиться в зависимости от скорости биохимического процесса /Ci и времени t — перемещения воды из района выпуска сточных вод до ближайшего пункта водопользования.[ . ]
Согласно расчетам Государственного океанографического института, ежегодно из Северного моря в Балтийское поступает до 950 т детергентов и 80 т ртути. Поскольку интенсивность процессов самоочищения вод Балтийского моря довольно низкая, что связано с невысокой температурой воды, проблема стабилизации уровня загрязнений и их ликвидации с каждым годом приобретает все большее значение.[ . ]
Бассейн озера Байкал. Байкал — уникальное пресноводное озеро, занимающее первое место в мире по глубине и объему водных масс. В нем содержится около 20 % мировых и свыше 80 % объема пресных вод страны. Экосистема Байкала отличается удивительным богатством и своеобразием — в озере обитает не менее 2400 видов и разновидностей животных и растений. Его уникальной особенностью является наличие тонкого биологического механизма самоочищения вод.[ . ]
Гигиеническое значение факта развития микрофлоры под влиянием ПАВ может быть различным в зависимости от конкретных условий. Очевидно развитие в водоеме сапрофитных бактерий изменяет условия самоочищения воды от органического загрязнения, в частности бытовых сточных вод, а также изменяет санитарно-показательное значение этих микроорганизмов. Размножение тех же бактерий в питьевой воде может сказаться отрицательно на качестве воды. Размножение патогенной микрофлоры в любом случае является отрицательным фактором с эпидемиологической точки зрения.[ . ]
В схему включены и исследования, результаты которых непосредственно не учитываются при определении гигиенических нормативов, но имеющих научно-практическое значение. Так, изучение стабильности веществ в воде позволяет выделить как вещества, обладающие выраженной стабильностью, так и вещества, изменяющие состав и свойства в воде водоемов. На основании данных такого исследования можно прогнозировать степень самоочищения воды от вредных веществ промышленных сточных вод, а это существенно при определении условий спуска сточных вод в водоем. Изучение защитной способности современных приемов очистки и обеззараживания питьевой воды позволяет выделить вещества, которые не задерживаются или не обезвреживаются на водопроводных сооружениях. В этих случаях исследования по гигиеническому нормированию должны проводиться с особой осторожностью.[ . ]
Биологические пруды бывают с искусственной или естественной аэрацией. В последнее время разработана методика расчета искусственных проточных прудов канального типа (рис. 50). Обычно их строят на непригодных для сельского хозяйства землях. В искусственных биологических прудах предусматривается создание оптимальных режимов в процессах самоочищения воды: искусственное насыщение кислородом, искусственное перемешивание, водообмен между поверхностными и донными слоями воды, посадка растительности на склонах каналов и по берегам ограждающих дамб, устройство биологически активного дна, оптимальная температура, постоянный проток воды и т. д.[ . ]
Наличие бентосных организмов в открытых водных источниках имеет весьма существенное значение для характеристики этих источников. В зависимости от экологических факторов эти микроорганизмы подразделяют на морские, пресноводные, микроорганизмы соленых озер, болот, ручьев, рек, водопадов, горячих ключей и минеральных источников. В пресноводных источниках бентосные микроорганизмы принимают участие в очистке воды: органические вещества они минерализуют, а восстановленные вещества неорганического происхождения окисляют; доминирующая роль в этих процессах принадлежит микробам. Самым богатым на бактерии является поверхностный слой ила, который оказывает весьма существенное влияние на развитие и жизнедеятельность микроорганизмов в водоемах и водотоках. В самоочищении вод значительная роль принадлежит нитчатым серо- и железобактериям. Первые окисляют сероводород в соли серной кислоты, чем предохраняют рыбу от гибели; вторые — железо (II) в железо (III). На дне водоемов происходят также процессы брожения с образованием метана и углекислоты.В 1 г ила содержится от 100 тыс. до 1 млн. бактерий, восстанавливающих сульфаты; от 10 до 100 тыс. тионовых, около 1000 нитрифицирующих, от 10 до 100тыс. денитрифицирующих бактерий; около 100 анаэробных и такое же количество аэробных разрушителей клетчатки. В иле встречаются также бактерии, окисляющие метан и водород, возбудители брожения, анаэробный фиксатор атмосферного азота и др.[ . ]
Одним из существенных последствий изменения гидрологического режима рек в связи с созданием водохранилищ, ликвидацией паводков и снижением скоростей течений является замедление водообмена в речных системах. Замедление водообмена приводит к изменениям гидрофизических, гидрохимических и гидробиологических процессов, что совместно с режимом регулирования водных запасов водохранилищ, обусловливает изменение процессов самоочищения вод по срав-нениию с речными, определяет термический режим верхнего и нижнего бьефа. Водообмен во многом определяет основные гидрологические особенности водохранилищ, является интегральным показателем интенсивности взаимосвязи речных вод со сложившимися и формирующимися экосистемами.[ . ]
Роли бактерий в природе очень разнообразны, что связано с различными источниками энергии, используемыми разными группами бактерий. Многие гетеротрофные аэробные бактерии являются редуцентами в экосистемах. В почве они участвуют в образовании плодородного слоя, преобразуя лесную подстилку и гниющие остатки животных в гумус. Бактерии почвы также разлагают органические соединения до минеральных веществ. Установлено, что до 90% С02 попадает в атмосферу за счет деятельности бактерий и грибов. Бактерии участвуют в биогеохимических циклах азота, серы, фосфора. Самоочищение воды в природных водоемах, а также очистка сточных вод производится аэробными и анаэробными гетеротофными бактериями.[ . ]
Анализ количественных соотношений между вирусами, фагами кишечных палочек и БГКП, выявленными в натурных условиях, также свидетельствует о большей показательности фага в отражении вирусного загрязнения как сильно, так и умеренно загрязненной речной воды. Эти же данные позволили обосновать количественные критерии фага кишечных палочек, гарантирующие эпидемическую безопасность в отношении вирусного загрязнения воды источников хозяйственно-питьевого водоснабжения — не более 1000 БОЕ в 1 л (Т. 3. Артемова и др., 1977). Эта же величина свидетельствует о завершении процессов самоочищения воды водоисточника от вирусов при установлении зон санитарной охраны водопроводов (Г. А. Багдасарьян, Л. А. Мышляева, 1976).[ . ]
Пример из области экономики: ранее произведенное оружие требует уничтожения или реконструкции; конверсионные расходы подчас больше, чем средства, затраченные на первичную продукцию.
1) Почему приходиться искусственно очищать воду, если водоемы обладают способностью к самоочищению? Как называется это свойство? Если столь велики преимущества в использовании замкнутых и оборотных циклов воды в промышленности, то почему их недостаточно используют в настоящее время?
Основные наземные экосистемы зависят от наличия пресной воды с содержанием солей менее 0,05 %.
Пресной воды на планете менее 1% , причем деградация водной среды приняла в настоящее время глобальный характер. Сегодня около 1,3 млрд. человек в мире используют в быту только загрязненную воду.
Водопользование – это использование воды без изъятия её из мест естественной локализации. Основными водопользователями являются рыбное хозяйство, гидроэнергетика, водный транспорт.
Водопотребление – использование воды, связанное с изъятием её из мест локализации с частичным или полным безвозвратным расходованием в источники водозабора в измененном (загрязненном) состоянии. Основные водопотребители – сельское хозяйство, промышленные производства, коммунально-бытовое хозяйство.
Известно, что примерно 40 % пресной воды, потребляемой промышленностью, возвращается в цикл. При сохранении существующих темпов роста населения и объемов производства человечеству грозит реальная опасность исчерпания запасов пресной воды, также для орошения – важнейшая причина нехватки водных ресурсов на планете.
Водные экосистемы, как и все другие, обладают способностью к самоочищению. Это происходит в связи со средообразующей деятельностью гидробионтов, согласно принципу Ле Шателье (подходит для объяснения стабильности экосистемы), т.к. стабильность в экосистеме гарантируется большим числом видов и внутри и межвидовой конкуренцией.
Принцип Ле Шателье – изменения, происходящие в любой замкнутой системе под воздействием внешних сил, будут стремиться минимизировать внешнее воздействие.
Антропогенное вмешательство может быть устранено экосистемой самостоятельно только при сохранении большого числа видов и конкурентно способных особей. Самоочищение в водоемах обеспечивается совокупностью факторов:
¨ физические (разбавление, растворение, перешивание, оседание, снижение температуры воды)
¨ химические (окисление органических и неорганических веществ)
¨ биологические (деятельность населяющих организмов: бактерий, водорослей и др.)
Важно поддерживать эти факторы.
В наше время водоемы на столько загрязнены, что способность к самоочищению водоемов не является эффективной, поэтому приходится очищать их искусственно.
Наиболее эффективный путь защиты водоемов от загрязнений – это создание безотходного производства, при котором отходы одной ступени производственного цикла используются как сырья для другой.
В настоящее время такого пути не существует. Даже в водах, прошедших биологическую очистку, содержатся нитраты и фосфаты, которые губят живые организмы водоемов. Т.к, сточные воды многих предприятий сложно, дорого, иногда невозможно очистить до такой степени, чтобы они стали безвредными, их очищают частично и используют
Природная вода получается загрязнения из самых различных сфер. Источники загрязнения водных объектов чрезвычайно многообразны. Прежде всего, это стоки городов и промышленных предприятий. Наиболее водоемкие отрасли промышленности – это горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до 70 % всей воды, затрачиваемой в промышленности. Также огромное количество воды для охлаждения используют тепловые и атомные электростанции, сбрасываемая вода приводит к тепловому загрязнению водоемов, что нарушает термический, гидрохимический и гидробиологический режимы водных объектов.
В последние годы в ряде районов с ними "конкурируют" стоки животноводческих комплексов и воды, поступающие с ирригационных массивов и богарных земель. На нужды сельского хозяйства уходит 60-80% всей пресной воды. Во многих регионах мира загрязнение вод все больше связывается с атмосферными осадками. Определенную роль в ухудшении качества воды играет изменение режима рек и озер.
В связи с огромной проблемой загрязнения природных вод существуют разные методы и способы очистки воды. Но несмотря на это одним из наиболее ценных свойств природных вод является их способность к самоочищению.
Самоочищение вод - это восстановление их природных свойств в реках, озерах и других водных объектах, происходящее естественным путем в результате протекания взаимосвязанных физико-химических, биохимических и других процессов (турбулентная диффузия, окисление, сорбция, адсорбция и т.д.). Способность рек и озер к самоочищению находится в тесной зависимости от многих природных факторов. К числу таких факторов следует отнести: биологические - сложные процессы взаимодействия водных растительных организмов с составными частями поступающих стоков; гидрологические — разбавление и смешивание попавших загрязнений с основной массой воды; физические — влияние солнечной радиации и температуры; механические - осаждение взвешенных частиц; химические — превращение органических веществ в минеральные (т. е. минерализация).
При поступлении сточных вод в водоем происходят смешивание стоков с водой водоема и снижение концентрации загрязнений. Полная смена воды в реках занимает в среднем 16 сут., болотах – 5сут., озерах - 17 лет. Разница во времени связана с разными сроками полного водообмена в разных водотоках и водоемах.
Наиболее интенсивно самоочищение воды в водоемах и водотоках осуществляется в теплый период года, когда биологическая активность в водных экосистемах наибольшая. Быстрее самоочищение протекает на реках с быстрым течением. Большая часть взвешенных загрязнений осаждается, это взвешенные минеральные и органические частицы, яйца гельминтов и микроорганизмы, благодаря этому, вода осветляется и становится прозрачной.
Уменьшение концентрации загрязняющих водные объекты неорганических веществ происходит путем нейтрализации кислот и щелочей за счет естественной буферности природных вод, образования труднорастворимых соединений, гидролиза, сорбции и осаждения. Концентрация органических веществ и их токсичность снижаются вследствие химического и биохимического окисления.
Одним из важных процессов самоочищения воды является минерализация органических веществ, т. е. образование минеральных веществ из органических под воздействием биологических, химических и других факторов. При минерализации в воде снижается количество органических веществ, наряду с этим может окисляться и органическое вещество микробов, а следовательно, часть бактерий гибнет.
В процессе самоочищения происходит отмирание сапрофитов и патогенных микроорганизмов. Они погибают в результате обеднения воды питательными веществами; бактерицидного действия ультрафиолетовых лучей солнца, которые проникают в толщу воды более чем на 1 м; влияния бактериофагов и антибиотических веществ, выделяемых сапрофитами; неблагоприятных температурных условий; антагонистического воздействия водных организмов и других факторов. Существенную роль в процессах самоочищения воды играют так называемые сапрофитная микрофлора и водные организмы. Некоторые представители микрофлоры водоемов обладают антагонистическими свойствами к патогенным микроорганизмам, что приводит к гибели последних. Простейшие водные организмы, а также зоопланктон (рачки, коловратки и др.), пропуская воду через свой кишечник, уничтожают огромное количество бактерий. Бактериофаги, попавшие в водоем, также оказывают воздействие на болезнетворные организмы.
Самоочищение подземных вод происходит благодаря фильтрации через почву и за счет процессов минерализации.
Необходимо помнить, что способность водоемов к самоочищению ограничена. Замедлить процессы самоочищения воды и ухудшить ее органолептические свойства могут соединения свинца, меди, цинка, ртути, которые могут попасть в водоемы со стоками, оказывая токсическое действие на организм животных.
Большое значение имеет распространение водной растительности (густые заросли тростника, камыша и рогоза вдоль берегов), которая выполняет в них роль своеобразного биофильтра. Высокую очищающую способность водных растений широко используют на многих промышленных предприятиях, как в нашей стране, так и за рубежом. Для этого создают разнообразные искусственные отстойники, в которых сажают озерную и болотную растительность, хорошо очищающую загрязненные воды.
В последние годы получила распространение искусственная аэрация - один из эффективных способов очищения загрязненных вод, когда процесс самоочищения резко сокращается при дефиците растворенного в воде кислорода. Хорошая аэрация воды обеспечивает активизацию окислительных, биологических и других процессов, способствуя очищению воды. Для этого специальные аэраторы устанавливают в водоемах и водотоках или на станциях аэрации перед сбросом загрязненных вод.
1. Авакян А.Б., Широков В.М. Комплексное использование и охрана водных ресурсов: Учеб. пособие. - Мн.: Ун-кое, 1999 г.;
2. Бернард Небел "Наука об окружающей среде" (В 2-ух томах), "МИР" М. 1993г.;
3. Беличенко Ю.П., Швецов М.Н. Рациональное использование и охрана водных ресурсов. - М.: Россельхозиздат, 2006г
Гипермаркет знаний>>Экология>>Экология 10 класс>> Рациональное использование и охрана водных ресурсов
§ 36. Рациональное использование и охрана водных ресурсов
Вспомните
Отличия пресной
и соленой воды
Распространение
морей и океанов
на Земле
Где находятся
районы
с большими запасами пресной воды
Размещение засушливых районов
Причины дефицита пресной воды. Вода — самое распространенное на Земле вещество. Водная оболочка, гидросфера, содержит 1,4 млрд км 3 воды, из них воды суши составяют только 90 млн км 3 .
Моря и океаны занимают 71 % поверхности земного шара, поэтому существует представление о неисчерпаемости водных запасов. Однако соленые воды морей и океанов используются людьми очень мало, а получение пресной воды за счет атмосферных осадков и ледников локально и ограничено.
В последнее время возник острый дефицит пресной воды, хотя общее ее количество огромно. Больше всего пресной воды расходуют на орошение. При этом получают высокие устойчивые урожаи, поэтому расход воды на орошение будет увеличиваться. По прогнозам, использо
вание воды на орошение к 2000 г. достигнет 37% всех ресурсов пресных вод, или около 7000 км 3 в год (рис. 116).
Рис. 115. Пресноводное озеро
Потребление воды увеличивается с ростом народонаселения и все возрастающей его концентрацией в городах и промышленных центрах. Уже сейчас около трети населения Земли испытывает недостаток в чистой пресной воде. Это касается почти всех крупных городов.
Недостаток воды стал особенно ощутим в связи с увеличением ее рас ходования на нужды промышленности. Так, для выплавки 1 т чугуца и перевода его в сталь и прокат требуется 300 м 3 воды, 1 т никеля 4000 м 3 , 1 т синтетического каучука — 3600 м 3 , 1 т капрона — 5600 м*
Все в больших количествах вода идет на разбавление отходов к 2000 г. на эти цели будет расходоваться более 34% общегодовой потребности человечества в пресной воде.
Возросший дефицит пресной воды связан с загрязнением водоемов промышленными и бытовыми стоками. Особенно сильно загрязняют поверхностные воды отходы целлюлозно-бумажных, химических, металлургических, нефтеперерабатывающих предприятий, текстильных фабрик и сельского хозяйства.
К наиболее распространенным загрязнителям относятся нефть и нефтепродукты. Они покрывают поверхность воды тонкой пленкой толщиной 10~4 см2, препятствуют нормальному газо- и влагообмену между водой и воздухом. Это вызывает гибель водных и околоводных организмов. Если пятно небольшое (до десятка квадратных метров), то оно исчезает с поверхности воды в течение 24 часов, образуя эмульсии. Тяжелые фракции нефти оседают на дно (рис. 117).
Сильно загрязняют водоемы поверхностно-активные вещества (. АВ), в том числе синтетические моющие средства (СМС), широко Применяемые в быту и промышленности. Присутствие СМС в воде придает ей неприятный вкус и запах. В загрязненных реках с быстрым течением образуется пена. Концентрация СМС в воде в 1 мг/л вызывает гибель микроскопических планктонных организмов, 3 мг/л гибель дафний и циклопов, 5 мг/л — заморы рыбы. СМС замедляют естественное самоочищение водоемов, действуя угнетающе на многие биохимические процессы.
Опасными загрязнителями водоемов служат соли тяжелых металлов — свинца, железа, меди, ртути. Их поступление связано с промышленными предприятиями, расположенными на берегах водоемов. Иногда концентрация ионов этих металлов в теле рыб в десятки и сотни раз превышает исходную их концентрацию в водоеме (рис. 118).
Одна из важнейших причин уменьшения запасов пресных вод связана с сокращением водоносности рек. Она вызвана вырубкой лесов, распашкой пойм и осушением болот. За счет этого резко увеличивается поверхностный сток и понижается уровень грунтовых вод. Быстрое таяние снега весной, выпадение обильных дождей в этих условиях вызывает катастрофические половодья (рис. 119), а летом реки мелеют и иногда пересыхают полностью.
Основные меры по охране водных ресурсов. Важнейшая мера по охране водных ресурсов — бережное их расходование. Сейчас при орошении полей около 25% воды теряется на фильтрацию и испарение. Надежная гидроизоляция дна и стенок каналов позволяет снизить непроизводительный расход воды и препятствует засолению почвы в засушливых районах. При использовании дождевальных установок расходуется в 5—6 раз меньше воды, чем при обычном поливе.
Другой способ экономного расходования воды для полива — подведение воды непосредственно к корневой системе плодовых деревьев при помощи капельниц - это позволяет избежать излишнего испарения и строго дозировать поступление воды к растениям.
Наиболее эффективный путь защиты водоемов от загрязнений — это создание безотходного производства, когда отходы одной ступени производственного цикла используются как сырье для другой. Однако в настоящее время не существует универсальной бессточной системы, пригодной для различных отраслей народного хозяйства.
Наибольшее распространение получила очистка сточных вод. Современные методы очистки позволяют удалить различные примеси из сточных вод на 95—96%. Часто этого бывает недостаточно, но для дальнейшей очистки воды необходимо строить более дорогие очистные сооружения, что экономически невыгодно. Так как сточные воды многих предприятий сложно, дорого, а иногда невозможно очистить до такой степени, чтобы они стали безвредными для растений, животных и человека, их очищают частично и используют в замкнутых оборотных системах (рис. 120). За последние годы такие системы внедрены на нескольких нефтехимических, металлургических, целлюлозно-бумажных предприятиях.
Очистка сточных вод. В зависимости от степени и характера загрязнения применяют механические, химические и биологические методы очистки сточных вод. Механическими методами удаляют грубые дисперсные примеси с помощью решеток, сит, фильтров, отстойников, нефтеловушек. Этими методами удаляют нерастворимые примеси из бытовых стоков — до 60%, из промышленных — до 95%.
Химическая очистка — это добавление в сточные воды реагентов, способствующих образованию осадков из коллоидных и некоторых истинных растворов.
Биологическая очистка в естественных условиях происходит на специальных полях орошения или полях фильтрации. Здесь создается сеть магистральных и распределительных каналов и карт (площадок) шириной 20 м и длиной 100—150 м, окруженных земляными валами. Карты периодически заполняют сточными водами. Под воздействием солнечного света, воздуха, микроорганизмов они очищаются и просачиваются в грунт. На поверхности карт образуется перегной. Через несколько лет после прекращения слива сточных вод поля фильтрации используют для выращивания трав, кормовых культур или овощей, которые можно употреблять в пищу после термической обработки.
Биологическая очистка сточных вод в искусственных условиях производится в специальных сооружениях — биофильтрах и аэротен-
ках. Биофильтр представляет собой сооружение из кирпича или бетона, внутреннее его помещение заполнено прочным пористым материалом: шлаком, гравием, щебнем, керамзитом. На эти пористые материалы нанесена пленка микроорганизмов (бактерий, простейших и др.), которые в процессе жизнедеятельности поедают и разлагают органические вещества, очищая от них воду. В биофильтр периодически подаются сточные воды и воздух, идущий на процессы окисления. В аэротенках поступающим воздухом в сточных водах перемешивается активный ил, который состоит из сообществ аэробных микроорганизмов — минерализаторов органического вещества. Во вторичных отстойниках происходит отделение бактериальной пленки от чистой воды. В таких биофильтрах и аэротенках устраняется более 90% загрязнений органическими веществами.
Бытовые сточные воды могут содержать патогенные микроорганизмы, поэтому их обеззараживают жидким хлором или хлорной известью.
Работа очистных сооружений и установок на предприятиях контролируется законом об охране окружающей среды.
• Примеры и дополнительная информация
1. Основную часть используемых человеком водных ресурсов составляет речной сток. Полный годовой сток рек на нашей планете —37 тыс. км 3 . Почти под каждой рекой течет подземная река, и подземный годовой сток составляет 13 тыс. км 3 . Обеспеченность пресной водой разных стран неодинакова. Наиболее богаты пресной водой Бразилия (5668 км 3 в год) и Канада (9740 км 3 в год). В нашей стране годовой сток рек составляет 4384 км3
в год. Многие страны испытывают недостаток в пресной воде и импортируют ее. Вода транспортируется на десятки и сотни километров по трубопроводам, перевозится судами, автомашинами и даже самолетами. Привозную воду используют жители Алжира, Голландии, Гонконга, Сингапура. По данным Всемирной организации здравоохранения, примерно 1,2 млрд человек страдают от нехватки чистой питьевой воды.
2. В сельском хозяйстве вода используется в огромных количествах: 70% от всего водопотребления. Для основных сельскохозяйственных культур установлены следующие нормы орошения (в м 3 на 1 га): зерновые — 1500—3500, многолетние травы — 2000—8000, хлопчатник — 5000—8000, рис — 8000—15 000.
3. В коммунальном хозяйстве вода используется для бытовых нужд населения, на работу предприятий бытового обслуживания, мытье улиц и поливку зеленых насаждений, на противопожарные меры. Это составляет примерно 15% от расхода воды в промышленности. Считается, что в благоустроенном городе на личные нужды каждый житель расходует 200—300 л воды в сутки. На одного жителя Москвы приходится свыше 400 л воды в сутки, на одного жителя Санкт-Петербурга — более 300 л. В Лондоне каждый житель расходует 170 л воды в сутки, в Париже — 160 л, в Брюсселе — 85 л.
4. Методы определения степени загрязнения водоемов различны. Это может быть прямое измерение концентрации загрязнителей (например, солей тяжелых металлов). Содержание органических веществ часто выявляют по количеству 02, поглощенного определенным объемом воды в единицу времени, при бактериологическом анализе определяют количество бактерий в 1 см воды при выращивании колоний на питательных средах в лаборатории. Степень загрязнения воды можно также установить по видовому разнообразию водных биоценозов. Около 800 обитателей пресных водоемов очень чувствительны к присутствию в воде органических веществ, они служат индикаторами благополучия в водных экосистемах.
5. После громкого судебного процесса 1971 г. широко известным кумулятивным (накопительным) заболеванием стала болезнь Минамата. В 1950-х гг. предприятие по переработке руды сбрасывало отходы, содержащие ртуть, в воды залива Минамата (Япония). Бактерии перерабатывали ее в диметилртуть. По цепям питания она попадала и накапливалась в рыбах до 50 мг/кг. Люди, питаясь рыбой, получали сильнейшие отравления, нервно-паралитические заболевания, более 50 человек умерло. С 1955 по 1959 г. здесь каждый третий ребенок рождался с психическими и физическими анамалиями. Рыбный промысел в заливе до сих пор запрещен; полагают, что на дне залива находится еще около 600 т ртути. Болезнь Минамата вошла во все справочники в качестве примера болезни, вызванной загрязнением окружающей среды и кумуляции ртути по цепям питания.
• Вопросы.
1. Найдите в справочнике описание физических и химических свойств воды: агрегатные состояния, плотность воды и льда, температура кипения и плавления, удельная теплоемкость, теплота испарения, диэлектрическая проницаемость и др. Как эти свойства обусловливают роль и функции воды в природе и живых организмах?
2. На какие нужды использует человек пресную воду?
3. Какие вещества наиболее опасны при загрязнении водоемов и почему?
4. Как можно определить степень загрязнения реки, озера?
5. Как применяется правило региональности при использовании водных ресурсов? 6. Почему расход воды на орошение считается рациональным и в дальнейшем будет увеличиваться?
1. Выясните, как используются поверхностные и подземные воды вашего района и области.
2. Для ликвидации нефтяных разливов в океане предлагают поджигать нефть. Предскажите возможные экологические последствия применения такого способа ликвидации нефтяного загрязнения.
3. Предложите, как можно более рационально использовать водные ресурсы в вашем районе и сохранить их от загрязнений.
Темы для дискуссий.
Чернова Н. М., Основы экологии: Учеб. дня 10 (11) кл. общеобразоват. учеб. заведений/ Н. М. Чернова, В. М. Галушин, В. М. Константинов; Под ред. Н. М. Черновой. — 6-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2002. — 304 с.
Книги и учебники согласно календарному плануванння по экологии 10 класса скачать, помощь школьнику онлайн
Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.
Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.
Под влиянием естественных факторов открытые водоемы (реки, озера и водохранилища), как и почва, обладают способностью освобождаться от попавших в них загрязнений В реках для самоочищения необходим пробег воды не менее 15 км от места загрязнения при условии отсутствия новых загрязнений на пути течения воды. Быстрота самоочищения зависит от многоводности, скорости течения воды и ветра, способствующих перемешиванию воды в водоеме.
В озерах и водохранилищах тем интенсивнее очищается вода, чем больше по объему сами источники. В мелких водоемах процессы самоочищения выражены крайне слабо.
Самоочищение воды происходит в результате механических, физико — химических и биологических процессов. При этом поступившие загрязнения разбавляются водой водоема, взвешенные в воде вещества постепенно осаждаются на дно, а органические вещества подвергаются окислению за счет растворенного в воде кислорода. Биохимические процессы самоочищения водоемов совершаются под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов и растворенного в воде кислорода. При этом аэробные процессы происходят преимущественно в верхних слоях водоема, а анаэробные — на дне водоема, куда кислород воздуха не поступает. В итоге этих процессов органические вещества, распадаясь на менее сложные, постепенно минерализуются.
Процессам самоочищения воды способствуют также простейшие, коловратки, рачки, моллюски и некоторые растительные организмы, которые питаются органическими веществами, а простейшие питаются бактериями. Кроме того, микроорганизмы гибнут под влиянием ультрафиолетовых лучей солнца, которые проникают в толщу воды более чем на метр. Процессы самоочищения протекают более интенсивно в теплое время года.
С санитарной точки зрения самоочищение воды весьма полезное явление в природе. Однако этот процесс у открытых водоемов небезграничен — при сильном и постоянном загрязнении самоочищение воды становится недостаточным. Это часто наблюдается при бесконтрольном выпуске хозяйственно-фекальных и промышленных сточных вод в водоемы, что вызывает значительное скопление гниющего ила, появление токсических химических соединений, развитие полисапробной флоры и массовый мор рыбы.
Читайте также: