Классификация загрязняющих веществ.

Загрязнение поверхностных природных вод - это процесс изменения физических, химических или биологических свойств природных вод при попадании в них различных веществ, которые могут оказать вредное воздействие на человека и природу. Загрязнение природных вод обусловлено многими причинами как естественного, так и техногенного характера. Основными загрязнениями поверхностных или подземных вод являются вещества, микроорганизмы или тепло.

В зависимости от условий образования сточные воды делят на следующие группы:

1. Поверхностные сточные воды, которые образуются в результате смывания дождевой, талой и поливочной водой примесей, скапливающихся на городских улицах, промышленных площадках, крышах и стенах промышленных зданий. Основными примесями этих вод являются твердые частицы, нефтепродукты, органические и минеральные удобрения и др.

2. Бытовые сточные воды промышленных предприятий и городских зданий, содержащие в основном фекалии, ПАВ, микроорганизмы.

3. Производственные сточные воды, образующиеся в результате использования воды в технологических процессах. Их количество, состав и концентрация примесей определяется типом предприятия, его мощностью, видами используемых технологических процессов.

Загрязнения, поступающие в сточные воды, условно можно разделить на несколько групп. По физическому состоянию выделяют нерастворимые, коллоидные и растворенные примеси. Кроме того, загрязнения делятся на минеральные, органические, бактериальные, биологические.

К минеральным загрязняющим веществам относятся песок, глина, различные золы и шлаки, растворы и эмульсии солей, кислот, щелочей и другие неорганические вещества.

Органические загрязняющие вещества - это разнообразные вещества растительного происхождения, а также отходы в виде смол, фенолов, красителей, спиртов, альдегидов и т.д.

Бактериальное и биологическое загрязнения - это бытовые сточные воды и стоки промышленных предприятий (консервные заводы, бойни, предприятия пищевой промышленности, микробиологической промышленности, животноводческие комплексы).

Особый вид загрязнений водных объектов - тепловое (термическое) загрязнение, которое вызывается сбросом в реки и водоемы нагретой воды, используемой для охлаждения агрегатов промышленного оборудования или тепловых атомных станций. В местах выхода тепловых потоков в водоемы создаются зоны, в которых температура выше, чем в водоеме: около 12 С⁰ зимой и 30 С⁰ летом. Это приводит к повышенному накоплению органических веществ в воде, что оказывает отрицательное влияние на биологическую жизнь водоема. Тепловое загрязнение стимулирует рост водорослей, вызывающих “ цветение “ водоемов. Согласно СНиП 2.04.03-85 температура сбрасываемой воды в водоемы должна быть не более 30 С⁰ и не менее 6 С⁰.

Загрязнение водных систем представляет большую опасность, чем загрязнение атмосферы по следующим причинам:

1) процессы регенерации или самоочищения протекают в водной среде гораздо медленнее, чем в воздухе;

2) источники загрязнения водоемов более разнообразны;

3) естественные процессы, осуществляющиеся в водной среде и подвергающиеся действию загрязнений, более чувствительны сами по себе и имеют большее значение для обеспечения жизни на Земле, чем те, которые протекают в атмосфере.

Живое вещество создается только при участии воды: для создания 1г живого вещества требуется 100г воды. Человек за время своей жизни для ее поддержания потребляет на 1кг своей массы более 1000кг воды.

7.4. Управление качеством воды в водоемах.

Особые свойства воды, ее доступность, кажущееся изобилие, ход химических реакций в растворах исторически способствовали созданию “мокрых” технологий практически в любой отрасли промышленности, сельского и коммунального хозяйств, в результате чего на тонну конечной продукции, как правило, “производится” в 10-1000 раз больше загрязненной воды (табл.).

Таблица 12

Количество сточных вод (м³), образующихся на 1т готовой

продукции.

Сахар-ная свекла	Кожа	Прокат	Серная кислота	Синтетичес-кий каучук	Капрон
13 – 16	82 – 110	1,5 – 10	60 – 140	250	2500

В существующей “мокрой” технологии вода выступает то как сырье, то как энергоноситель, то как транспортное средство, то как промежуточный технологический агент, но всегда - как система, удаляющая отходы.

Загрязнению сейчас подвержены все составляющие гидросферы и все звенья водообмена. Процесс загрязнения гидросферы на огромных территориях неуправляем и слабо контролируем, так как сумма информации о нем мала по объему, оперативности и точности. Загрязнения пока еще мало доступны дистанционным, особенно спутниковым наблюдениям. Между тем, разработка таких методов наблюдения - исключительно важная задача, так как гидросфера - это не только среда прямого антропогенного загрязнения, но и область стока загрязнений из других частей биосферы (атмосферы, литосферы ).

Причина сложившейся критической ситуации с загрязнением гидросферы заключается, по крайней мере, в трех стереотипах, сложившихся в процессе тысячелетнего общения человека с водой:

1) “мокрые” технологии - самые доступные и удобные;

2) водные ресурсы велики, возобновляемые и ими можно управлять;

3) способность водоемов к самоочищению относительно велика.

Для изменения сложившейся неблагоприятной тенденции в загрязнении гидросферы необходим отказ от указанных и множества второстепенных сложившихся стереотипов. Изменения технологии, связанной с использованием воды, заключается прежде всего во все более широком внедрении водооборотных циклов, в особенности в теплоэнергетике и на атомных станциях. Другое направление изменения технологии, связанное с водой, - это внедрение безотходной технологии, когда все отходы: и твердые, и жидкие полностью утилизируются. Утилизируется при этом и вода, включающаяся в оборотный цикл. Очистка сточных вод в этом случае является не самоцелью, а служит технологическим звеном, в котором получают необходимые конечные продукты, полуфабрикаты или сырье.

Есть еще один технологический путь, обеспечивающий резкое снижение водопотребления и загрязнения, - это разработка и внедрение “сухих” технологий, благодаря которым потребность в воде для производства конечного продукта снижается во много раз. Пример такой технологии показывает нефтеперерабатывающая промышленность, в которой в результате изменения технологии расход воды на переработку 1т нефти снизился в 100 раз.

Но несмотря на внедрение безотходных и “ сухих “ технологий, по-прежнему преобладает пока стратегия очистки сточных вод. Стратегия эта имеет свои недостатки, так как:

1) в результате все равно остается некоторый “ твердый отход “;

2) полной очистки никогда не получается;

3) затраты на очистные сооружения быстро растут – уже сейчас в ряде случаев они достигают 40% капитальных вложений в предприятия, не считая эксплуатационных расходов.

Альтернативой существующему положению может быть разработка и решение глобальной проблемы - создание новой концепции развития технологий в отдельных отраслях хозяйства и в целом “технологии жизни “. Разработка новой концепции развития “ технологии жизни “ невозможна без изменения мышления специалистов всех отраслей. Необходимо осознать, что загрязнение гидросферы - это тот же массированный ядерный удар, но растянутый из секунд в десятилетия. Отсчет десятилетий уже идет.

Существует, по крайней мере, три планетарные функции, которые исключительно важны для человека: биологическая продуктивность, которая обеспечивает питанием все живое на Земле; поддержание оптимального гидрологического и газового режимов среды; биогеохимическая очистка. Все эти функции так или иначе связаны с гидросферой. Это будет путь познания механизмов самоорганизации природных систем, самоорганизации биосферы, общих законов развития природы и человека как ее неотъемлемой компоненты, путь создания такого взаимодействия, когда каждая сторона будет выигрывать и получать определенную прибыль. Только в рамках таких отношений с природой можно говорить о выживании и развитии человечества в гармонии с природой и ее главнейшей компонентой - гидросферой.

Такое понимание задачи будущего в середине нашего века было сформулировано В.И. Вернадским в его учении о ноосфере.

Состав литосферы. Почва. Факторы почвообразования.

Литосфера - верхняя оболочка Земли, включающая земную кору и верхнюю мантию. Мощность литосферы 50-200 км, в том числе земной коры на континентах 50-75 км и на дне океана -5-10 км.

Верхние слои литосферы (до 2-3 км) называются литобиосферой. Под действием воды , воздуха и живых организмов в верхней части литобиосферы образуется почва- природное образование, состоящее из генетически связанных горизонтов, обладающих плодородием, т.е. способностью производить урожай растений. Изучение почвы, ее свойств началось с глубокой древности .

В древнем Китае, античной Греции и Риме в IY в. до н.э. уже имелись книги с описанием почв. Современное учение о почве создано в последней четверти 19 в. русским ученым Докучаевым В.В., профессором Петербургского университета. В 1883 г. им был опубликован труд «Русский чернозем», где изложены основы современного почвоведения.

Почва - особое органоминеральное естественноисторическое природное образование. возникшее в результате воздействия живых организмов на минеральный субстрат и разложения мертвых организмов, влияния природных вод и атмосферного воздуха на поверхностные горизонты горных пород в различных условиях климата и рельефа в гравитационном поле Земли. Важнейшее свойство почвы - ее плодородие, способность давать урожай растений. Плодородие почвы определяется физическими и химическими свойствами, которые и составляют эдафические факторы.

Почва - трехфазная среда, включающая твердые, жидкие и газообразные компоненты. Она представляет собой продукт физического, химического и биологического преобразования горных пород. т.е. формируется в результате сложного взаимодействия климата, растений, животных и микроорганизмов. В результате перемещения и превращения веществ почва расчленяется на слои или горизонты, сочетание которых составляет профиль почвы. Самый верхний горизонт почвы называется гумусовым или перегнойно-аккумулятивным. Он имеет темный цвет, зернистую, комковатую или слоистую структуру. Иногда верхний слой почвы покрывает дернина - слой разлагающихся растительных остатков. В лесных почвах под гумусовым слоем залегает малоплодородный подзолистый слой, имеющий непрочную структуру и более светлый цвет. В черноземных почвах подзолистый слой отсутствует. Глубже расположен иллювильный горизонт, имеющий второе название - горизонт вмывания. В него вмываются и в нем накапливаются минеральные и органические вещества из вышележащих горизонтов. Этот слой имеет большую плотность и часто окрашен в бурый цвет. Под ним залегает материнская порода, на которой формируется почва.

Более 50% минерального состава почвы занимает кремнезем (диоксид кремния), от 1 до 25% приходится на глинозем (оксид алюминия), от 1 до 10% - на оксиды железа, от 0,5 до 5% - оксиды магния, калия, фосфора, кальция. Органические вещества, поступающие в почву с отмершими растениями, представлены белками, жирами, углеводами, восками, смолами, дубильными веществами. Органические вещества в почве претерпевают изменения, они минерализуются. Одним из важнейших физических свойств почвы является ее механический состав, т.е. содержание частиц разной величины.

Таблица 13