94

Лекція № 2-2. Охорона гідросфери

Забруднення гідросфери та його наслідки. Нор­мування якості природних вод і проблема промислових стічних вод. Механічна очистка стічних вод.Фізико-хімічні методи очистки стічних вод. Очистка стічних вод методом флотації і адсорбції. Використання методу іонного обміну і екстракції для очистки стічних вод. Викори­стання методів зворотного осмосу і ультрафільтрації для очистки стічних вод.Очистка стічних вод методом коагуляції і флокуляції. Очи­стка стічних вод методами окислення і відновлення. Електрохімічні ме­тоди очистки стічних вод. Біохімічні методи очистки стічних вод. Термічне знешкодження стічних вод.

Основні проблеми охорони гідросфери. Забруднення гідросфери та його наслідки

Гідросфера - це водна оболонка Землі, яка є сукупністю океанів, морів, континентальних вод та льодових шарів. Гідросфера, яка є важливим елементом біосфери, відіграє вирішальну роль в багатьох процесах, які проходять в природі. З водою пов'язано зародження та розвиток живої речовини, і як наслідок, всієї біосфери.

Вода в біосфері виступає в ролі універсального розчинника, тому що Взаємодіє з багатьма речовинами не вступаючи з ними в хімічні реакції за винятком процесів гідролізу). Це забезпечує перенос розчинених речовин, наприклад, обмін живими організмами та природним середовищем між суходолом та океаном.

Гидросфера состоит из различных вод, отличающихся степенью распространения на Землю, качеством, агрегатным состоянием, расположением в гидросфере, атмосфере, литосфере.

Общие запасы воды на Земле – 1,386·10⁹ км³.

Если воду разместить равномерно по поверхности Земного шара, то толщина слоя составила бы 2,5 км. Из общих запасов воды – 97,3 % - это горько-соленая вода. Запасы пресных вод – 2,7 %.

77,2 % - пресной воды содержится в ледниках;

22,4 % (примерно 1 % от общего количества воды) – это подземные воды;

0,35 % -пресной воды находится в озерах и болотах;

0,01 % - в реках и ручьях.

Запасы воды на Земле

Наименование	Объем запасов (в тысячах куб. км)	В % от общих запасов воды	В % от общих запасов пресной воды
Соленая вода
Океаны	1 338 000	96,54
Соленые/солоноватые подземные воды	870	0,93
Соленые озера	85	0,006
Воды суши
Ледники, постоянный снежный покров	24 064	1,74	68,7
Пресные подземные воды	10 530	0,76	30,06
Подземный лед, многолетняя мерзлота	300	0,022	0,86
Пресноводные озера	91	0,007	0,26
Почвенная влага	16,5	0,001	0,05
Водяной пар в атмосфере	12,9	0,001	0,04
Болота, переувлажненные территории*	11,5	0,001	0,03
Реки	2,12	0,0002	0,006
Влага живых организмов*	1,12	0,0001	0,003
Общие запасы воды	1 386 000	100
Общие запасы пресной воды	35 029		100

Источник: Shiklomanov 1993

Примечание: ввиду округления итоговые цифры могут не соответствовать суммам отдельных показателей

*Для болот, переувлажненных территорий и влаги, которую содержат живые организмы, часто характерно присутствие как соленой, так и пресной воды

Запаси води на Землі величезні, проте це переважно солона вода Світового океану. Запаси прісної води, потреба людей у якій є особ­ливо великою, незначні і вичерпні. Прісні води слід розглядати як нііпціннішмй компонент гідросфери, що зумовлено широким їх використанням в житті людини. Проблема глобальних та регіональних балансів прісних вод суходолу виступає як одна з актуальних проблем гідрології. В багатьох місцях планети відчувається нестача води.

Проблема охорони гідросфери пов'язана із загальною проблемою питинання людства. Це зумовлено передусім тим, що гідросфера здійснює значний вплив на процеси в біосфері і вирішенню проблеми сучасної екологічної кризи (передусім за рахунок порушення біосферної само­регуляції) може сприяти тільки досягнення гармонії з навколишнім при­ходним середовищем.

На жаль, втручання людини у природні процеси зростає і на сьогодні антропогенні перетворення вод континентів досягнули глобальних мас­тихін, порушуючи гідрологічний режим навіть великих озер та річок земного шару. Цьому сприяли: будівництво гідротехнічних споруд (во­досховищ, зрошувальних каналів та систем переробки вод), збільшення площ зрошувальних земель, обводнення посушливих територій, забруднення прісних вод стоками.

Використання водних ресурсів у світі зростає, а темпи будівництва очисних споруд нижчі від темпів водозабору, тому особливо гостро постало питання забруднення природних вод. Крім того, виникли нові види забруднення водойм: теплове, біогенне тощо.

Забрудиення поверхневих або підземних природних вод - це зміна їх фізичних, хімічних або біологічних властивостей, які можуть бути причиною шкідливої дії на людину або природу, а також можуть обмежити можливості використання води. Процеси забруднення природних вод зумовлені багатьма причинами - як природними, так і антропогенними.

Антропогенному впливу піддаються всі водні ресурси, але основну увагу слід звернути на озера та річки. Цей вплив можна поділити на дві взаємопов'язані складові: кількісне та якісне виснаження. Кількісне виснаження річкових вод викликане зменшенням їх серед­нього річного стоку під впливом господарської діяльності людини, якісне - пов'язане з розвитком евтріфгкації, тобто збільшенням кількості поживних органічних речовин у водах і забруднення їх сто­ками промислового, комунально-побутового та сільськогосподарського генезису.

При розгляді питання забруднення водних ресурсів і гідросфери н цілому виділяють три основних аспекти:

• наслідки забруднення гідросфери;

• види забруднення природних вод;

• джерела забруднення природних вод.

Основними наслідками забруднення гідросфери є скорочення біологічних ресурсів Світового океану, загибель планктону та погіршення стану атмосфери.

Причинами скорочення біологічних ресурсів Світового океану є забруднення природних вод токсикантами антропогенного харак­теру. Особливу небезпеку являють собою високотоксичні сполу­ки із значною стійкістю до дії природних факторів (пестициди, діоксини тощо), а також ті речовини, що мають здатність до біокумуляції.

Тими ж причинами зумовлена загибель планктону, яку можна розглядати як глобальний та найнебезпечніший наслідок забруднення гідросфери. Загибель планктону призводить до пониження самоочисної здатності води та погіршує газообмін між Світовим океаном та атмосферою. Зоопланктон є основним джерелом живлення в ряді трофічних ланцюгів, тому його загибель призведе до скорочення біологічних ресурсів Світового океану. Фітопланктон засвоює значну кількість С0₂ з атмосфери Землі та виділяє більше половини кисню, який виробляється всією рослинністю. Тому загибель фітопланктону може призвести до зменшення кількості розчиненого у воді кисню та значно вплинути на його кількість в атмосфері Землі. Відтак порушення екології Світового океану, ско­рочення його біологічних ресурсів негативно відбивається і на чи­стоті атмосфери.

Основними видами забруднення природних вод є фізичне (механічне), хімічне, біологічне (бактеріальне), теплове і радіоактивне забруднення природних вод, характеристика яких наведена в таблиці.

Тип забруднення	Забруднюючі речовини
Фізичне	Нерозчинні домішки: глина, пісок, намул, пил тощо
Хімічне	Важкі метали, кислоти, луги, мінеральні солі, нафта і нафтопродукти, синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР), миючі засоби, мінеральні добрива, пестициди тощо
Біологічне	Різні мікроорганізми (бактерії, віруси), яйця гельмінтів, анізакиди, спори грибів тощо
Теплове	Підігріті води ТЕС та АЕС
Радіоактивне	Радіонукліди (цезій-137, стронцій-90, калій-40 та інші)

Основними джерелами забруднення природних вод є промислові стічні води, комунальні стічні води, сільськогосподарські стоки, нафта і нафтопродукти, поверхневі стоки та атмосферні опади.

Максимальна кількість забруднення потрапляє у природні води з промисловими стічними водами, які мають різний склад та великі об'єми

Коротку характеристику стічних вод за галузями промисловості наведено в таблиці.

Галузь промисловості	Забруднюючі речовини
Целюлозно-паперовий комплекс, деревообробка	Органічні (лігніни, смолисті і жирні речовини, фенол та ін.), амонійний нітроген, сульфати, завислі речовини
Нафтогазовидобувна	Нафтопродукти, феноли, амонійний нітроген, сульфіди
Машинобудування, металообробка, металургія	Важкі метали, завислі речовини, амонійний нітроген, нафтопродукти, смоли, феноли, флотореагенти
Хімічна, нафтохімічна	Феноли, нафтопродукти, поліциклічні ароматичні вуглеводні, завислі речовини, бенз(а)пірен
Легка, текстильна, харчова	Нафтопродукти, органічні барвники, органічні речовини
Гірннчовидобувна, і вугільна	Мінеральні завислі речовини, феноли

Значна кількість забруднень в річки та водойми потрапляє з комунально-побутовими стоками, тобто стічними водами міст та селищ. Комунально-побутові стоки характеризуються високим вмістом поживних речовин, які необхідні рослинам, але поряд з цим в них містяться миючі засоби, фекалії, хвороботворні мікроорганізми та віруси (збудники дизентерії, холери, інфекційного гепатиту тощо), яйця гельмінтів, анізакиди та інші небезпечні компоненти. Потрапляння у водне середовище органічних та біогенних елементів (N,Р,К) призводить до інтенсифікації процесів, які сприяють збільшенню біопродуктивності водоймищ і, в першу чергу, фітомікроорганізмів (синьо-зелених водоростей). Внаслідок цього виникають замори, які призводять до загибелі водних організмів.

Стоки із сільськогосподарських угідь, які оброблялись мінераль­ними та органічними добривами містять значну кількість біогенних елементів, що також призводить до масового розвитку водоростей. Одночасно порушується гідробіологічний та гідрохімічний режими водоймищ, а в придонних шарах створюються анаеробні умови (зони) та поступово формується стійка та незворотна сірководнева (Н₂S) зона, внаслідок чого використання таких річок та водойм стає неможливим.

Поверхневий стік вносить забруднюючі речовини в річки та озера з земель, які піддаються ерозії. Це великі та дрібні мінеральні частинки (твердий стік). В результаті цього проходить обміління річок та замулю­вання озер та водосховищ.

Теплове забруднення водних ресурсів проходить внаслідок скидання нагрітої води, яка використовується для охолодження агрегатів промис­лових підприємств, атомних та теплових електростанцій. Теплове забруднення стимулює розвиток водоростей, призводить до зменшення розчин­ності кисню у воді та до замору риби.

Водойми забруднюються також атмосферними опадами, які вимива­ють промисловий і побутовий бруд з територій підприємств, гірничих виробок, міських вулиць.

Джерелами забруднення природних вод нафтою та нафтопродуктами є нафтопереробні підприємства, бази та флот. Процес добування нафти по­в'язаний з вилученням значних об'ємів так званих пластових вод, які ха­рактеризуються високою мінералізацією та середнім вмістом нафти до 3 г/дм³ (стічні води містять до 10 г/дм³ нафти). Скидання таких вод у природні водойми недопустиме.