37.Характеристика специальных методов улучшения качества питьевой воды. Основные антропогенные загрязнители водоемов.

Специальные методы повышения качества питьевой воды. В отдельных случаях неблагоприятные свойства воды не удается устранить в полной мере при обычной схеме обработки. К ним относятся посторонние запахи и привкусы, растворенный сероводород и другие газы, нарушение минерального состава (высокая общая минерализация, повышенное содержание солей жесткости, железа, марганца, фтора, недостаток фтора), повышенное количество радиоактивных веществ.

Все виды кондиционирования минерального состава воды можно разделить на удаление из воды солей или газов, находящихся в ней в избыточном количестве (умягчение, обессоливание и опреснение,

обезжелезивание, дефторирование, дегазация, дезактивация и др.), и добавление минеральных веществ с целью улучшения органолептических и физиологических свойств воды (фторирование, частичная минерализация после опреснения и др.).

Для улучшения состава воды используют физические, химические, электрохимические и комбинированные методы. Так, для снижения жесткости применяют кипячение, реагентные методы, метод ионного обмена. Снижение общей минерализации подземных и морских вод достигается дистилляцией, ионной сорбцией, электролизом, вымораживанием. Удаление соединений железа и сероводорода осуществляется аэрацией с последующей сорбцией на специальном грунте. Подземные воды с избытком фтора подвергают дефторированию осаждением, ионной сорбцией, разбавлением. Дезактивация проводится как реагентными и ионообменными методами, так и разбавлением и выдержкой. В воде поверхностных водоемов, горных рек и в талых водах недостаточно содержание фтора. В такие воды вносят фтористый натрий, кремнефтористый натрий, кремнефтористую кислоту и другие фторсодержащие реагенты.

Следует подчеркнуть, что специальные методы кондиционирования воды высокотехнологичны и дороги. Такая обработка воды проводится лишь тогда, когда нет возможности использовать для водоснабжения приемлемый источник.

Искусственное (антропогенное) загрязнение водоемов является, главным образом, результатом спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. Поступающие в водоем загрязнения в зависимости от их объема и состава могут оказывать на него различное влияние:

1) изменяются физические свойства воды (изменяется прозрачность и окраска, появляются запахи и привкусы);

2) появляются плавающие вещества на поверхности водоема и образуются отложения (осадок на дне);

3) изменяется химический состав воды (изменяется реакция, содержание органических и неорганических веществ, появляются вредные вещества и т. п.);

4) уменьшается в воде содержание растворенного кисдорода вследствие его потребления на окисление поступивших органических веществ;

5) изменяются число и виды бактерий (появляются болезнетворные), вносимых в водоем вместе со сточными водами. Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а иногда и для технического водоснабжения; в них погибает рыба.

В первом десятилетии XXI века антропогенное загрязнение природных вод стало носить глобальный характер и существенно сократило доступные эксплуатационные ресурсы пресной воды на Земле.

Человечество потребляет на свои нужды огромное количество пресной воды. Основными ее потребителями являются промышленность и сельское хозяйство. Наиболее водоемкие отрасли промышленности — горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до 70 % всей воды, затрачиваемой в промышленности.

Одним из основных загрязнителей воды является нефть и нефтепродукты. Нефть может попадать в воду в результате естественных ее выходов в районах залегания. Но основные источники загрязнения связаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья.

Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и живые организмы занимают токсичные синтетические вещества. Они находят все более широкое применение в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5-15мг/л при ПДК — 0,1 мг/л. Эти вещества могут образовывать в водоёмах слой пены, особенно хорошо заметный на порогах, перекатах, шлюзах. Способность к пенообразованию у этих веществ появляется уже при концентрации 1-2 мг/л.

Из других загрязнителей необходимо назвать металлы (например, ртуть, свинец, цинк, медь, хром, олово, марганец), радиоактивные элементы, ядохимикаты, поступающие с сельскохозяйственных полей, и стоки животноводческих ферм. Небольшую опасность для водной среды из металлов представляют ртуть, свинец и их соединения.

Основные загрязнители водных экосистем в различных отраслях промышленности

Отрасль промышленности Основные виды загрязняющих веществ

Нефтегазодобыча, нефтепереработка Нефтепродукты, синтетические поверхностно-активные вещества, фенолы, аммонийные соли, сульфиды

Лесная промышленность, целлюлозно-бумажная промышленность Сульфаты, органические вещества, лигнины, смолистые и жирные вещества

Машиностроение, металлообработка, металлургия Тяжелые металлы, фториды, цианиды, аммонийные соединения, нефтепродукты, фенолы, смолы

Химическая промышленность Фенолы, нефтепродукты, синтетические поверхностно-активные вещества, ароматические углеводороды, неорганика

Горнодобывающая и угольная промышленность Флотореагенты, неорганика, фенолы

Легкая, текстильная и пищевая промышленность Синтетические поверхностно-активные вещества, нефтепродукты, органические красители, другие органические вещества

Значительное количество таких опасных загрязняющих веществ, как пестициды, аммонийный и нитратный азот, фосфор, калий и др., смывается с сельскохозяйственных территорий. В основном они попадают в водоемы и водостоки без какой-либо очистки, а поэтому содержат высокую концентрацию органических веществ, биогенных элементов и других загрязнителей.

Главный же потребитель пресной воды — сельское хозяйство: на его нужды уходит 60-80 % всей пресной воды. Причём велик ее безвозвратный расход (особенно на орошение).

Расширенное производство (без очистных сооружений) и применение ядохимикатов на полях приводят к сильному загрязнению водоемов вредными соединениями. Загрязнение водной среды происходит в результате прямого внесения ядохимикатов при обработке водоемов для борьбы с вредителями, поступления в водоемы воды, стекающей с поверхности обработанных сельскохозяйственных угодий, при сбросе в водоемы отходов предприятий — производителей, а также в результате потерь при транспортировке, хранении и частично с атмосферными осадками.

Наряду с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля. Кроме того, большие количества органических соединений азота и фосфора попадают со стоками от животноводческих ферм, а также с канализационными стоками. Повышение концентрации питательных веществ в почве приводит к нарушению биологического равновесия в водоеме.

Вначале в таком водоеме резко увеличивается количество микроскопических водорослей. С увеличением кормовой базы возрастает количество ракообразных, рыб и других водных организмов. Затем происходит отмирание огромного количества организмов. Оно приводит к расходованию всех запасов кислорода, содержащегося в воде, и накоплению сероводорода. Обстановка в водоеме меняется настолько, что он становится непригодным для существования любых форм организмов. Водоем постепенно «умирает».

Загрязняющие вещества могут проникать и в подземные воды: при просачивании промышленных и сельскохозяйственных стоков из хранилищ, прудов-накопителей, отстойников и др. Загрязнения подземных вод не ограничиваются территориями промышленных предприятий, хранилищ отходов и пр., а распространяются вниз по течению потока на расстояния до 20 - 30 км и более от источника загрязнения. Всё это создает реальную угрозу для питьевого водоснабжения в этих районах.

Более того, загрязнение подземных вод негативно сказывается и на экологическом состоянии поверхностных вод, почв и других компонентов природной среды. В частности, загрязняющие вещества, содержащиеся в подземных водах, могут выноситься потоком в поверхностные водоемы и загрязнять их.

38.Гигиеническое значение почвы, состав и свойства почвы. Загрязнение и самоочищение почвы. Характеристика и источники антропогенного загрязнения почвы. Система очистки населенных мест.

Гигиеническое значение состава и свойств почвы

С гигиенической точки зрения важно знать основные свойства почвы, чтобы уметь заключить, здоровой или нездоровой будет та или иная почва. К ним относятся пористость, воздухо- и водопроницаемость, влагоемкостъ, капиллярность, температура, почвенные организмы.

Пористость - суммарный объем пор в единице объ¬ема почвы, выраженный в процентах. От этого свойства зависит ее фильтрационная способность: чем выше пори-стость почвы, тем эта способность ниже. При пористости 60-65% создаются наилучшие условия для процессов самоочищения.

Воздухопроницаемость — способность почвы пропускать воздух. Она зависит от величины пор почвы, увеличивается при повышении атмосферного давления и уменьшается с увеличением толщины слоя почвы и ее влажности.

Высокая воздухопроницаемость — благоприятное гигие¬ническое свойство, так как она способствует аэрированию почвы, т.е. насыщению кислородом, необходимым для окис¬ления органических веществ.

Водопроницаемость (фильтрационная способность) - способность почвы впитывать и пропускать воду, поступа¬ющую в основном с атмосферными осадками. Это свойство важно для образования почвенной воды и запасов ее в под¬земных слоях.

Влагоемкостъ - количество влаги, которое почва спо¬собна удерживать с помощью сорбционных и капиллярных сил. Она тем больше, чем меньше поры и чем больше их суммарный объем. Гигиеническое значение этого свойства заключается в том, что высокая влагоемкость способствует сырости почвы, снижению воздухе- и водопроницаемости, ухудшает процессы самоочищения. Почвы с таким свойством считаются сырыми, холодными и, значит, нездоровыми.

Капиллярность - способность почвы поднимать воду по капиллярам из глубоких слоев в верхние. Чем больше в почве мелких пор, тем она более капиллярна и тем выше по ней поднимается вода.

Температура почвы влияет на температуру приземного слоя атмосферы, тепловой режим помещений 1-го этажа и подвальных помещений, а также жизнедеятельность почвен¬ных микроорганизмов и процессы самоочищения.

Степень нагревания почвы солнцем зависит от географи¬ческого положения местности, ее рельефа, времени года, суток и характера почвы. Сильнее и быстрее нагреваются склоны, обращенные к южным направлениям, темный цвет почвы способствует поглощению тепла, а светлый — его отражению, сухие почвы прогреваются быстрее, чем сырые. Суточные колебания температуры воздуха отражаются до глубины не более 1 м. Однако в сильные морозы почва может промерзать на глубину 1-2 м, что необходимо учитывать в строительной практике при прокладке водопроводных и канализационных труб, заложении фундаментов зданий.

В холодном климате северных районов почва на опреде¬ленной глубине никогда не оттаивает, образуя слой вечной мерзлоты.

Почвенные организмы. Естественными обитателями почвы являются разнообразные представители почвенной флоры и фауны, число которых непостоянно и зависит от состава почвы, ее температурного режима, инсоляции, механической обработки и других моментов. К почвенной флоре относятся грибы, водоросли, бактерии и вирусы. Фауна представлена одноклеточными организмами, простейшими, нематодами, клещами, личинками и куколками мух, дождевыми червями, млекопитающими (кроты, мыши, крысы и др.).

Почвенные организмы оказывают на состояние почвы прямое и косвенное влияние, способствуя процессам само¬очищения и повышению плодородия.

Почва оказывает огромное влияние на свойства и состав подземных вод и воды открытых водоемов. Она всегда содержит то или иное количество влаги, поступившей с атмосферными осадками или поднявшейся по капиллярам из нижележащих слоев земли, а также образовавшейся в результате поглощения паров воды из атмосферного воз¬духа. Вода необходима для существования живых организ¬мов и роста растений. Гигиеническое значение почвенной воды велико и разнообразно. Она служит универсальным растворителем органических и минеральных соединений, транспортом для доставки химических веществ растениям. Почвенная влага существенно влияет на тепловые свойства почвы, увеличивая ее теплоемкость и теплопроводность. Из почвенных вод образуются грунтовые воды. Химический и бактериальный состав питьевой воды во многом определя¬ется составом и свойствами почвы.

Количество почвенного воздуха определяется свой¬ствами и характером почв. Почвенный воздух постоянно обменивается с атмосферным. В почвах всегда содержится повышенное по сравнению с атмосферным воздухом коли¬чество углекислого газа (до 8%), содержание кислорода в почве снижается до 14%. При ограниченном доступе воздуха в толще отбросов развиваются гнилостные процессы с выде¬лением зловонных газов и паров (сероводорода, аммиака, фтороводорода и другие), способных в соответствующих концентрациях токсически воздействовать на организм человека.

Самоочищение и загрязнение почвы

Почвенный покров принадлежит к саморегулирующейся биологической системе, являющейся важнейшей частью био¬сферы в целом. Почва, особенно ее верхние слои, постоянно загрязняется всевозможными опасными для здоровья людей отходами, и если бы она не обладала способностью обезвре¬живать их, жизнь на Земле стала бы невозможной.

Естественный процесс освобождения почвы от органи¬ческих соединений и патогенных микроорганизмов, содер¬жащихся в попавших в почву нечистотах, называется само¬очищением.

Самоочищение почвы начинается с частичной задержки бактерий, вирусов и яиц гельминтов в ее толще и постепенно приводит к уменьшению их количества при прохождении через слои почвы. Одновременно под влиянием сложных процессов с использованием механической, физико-хими¬ческой, биологической и биохимической поглотительной способности почвы нечистоты постепенно обесцвечиваются, теряют дурной запах.

Почва превращает органические вещества, опасные в эпидемиологическом отношении, в неорганические мине¬ральные вещества, гумус, газы и воду путем, процессов минерализации, нитрификации и гумификации.

Разложение и минерализация органических веществ в почве происходят в аэробных и анаэробных условиях.

Аэробные процессы протекают при обилии кислорода в присутствии аэробных микроорганизмов, в этом случае органические вещества распадаются и окисляются без обра¬зования дурнопахнущих газов.

Анаэробные процессы протекают в бескислородной среде с участием анаэробных гнилостных бактерий, сопровожда¬ясь выделением аммиака и сероводорода.

С гигиенической точки зрения, предпочтительнее аэроб¬ный процесс разложения органических веществ.

Самоочищающая способность почвы не безгранична и сле¬дует нагружать ее отходами только до тех пределов, которые не препятствуют достаточному доступу кислорода.

В результате хозяйственной деятельности человека в почву непосредственно или опосредованно попадает огромное количество химических веществ, которые существенно меняют ее химический состав. Степень загрязнения почв наиболее интенсивна в районе предприятий цветной металлургии (в 450 раз выше фоновой), приборостроения (в 300 раз) и черной металлургии (в 250 раз) и менее интен¬сивна вблизи машиностроительных и химических пред¬приятий. Особую экологическую опасность представляют автотрассы. В США исследование полосы шириной 50 м по обочинам шоссе показало, что за счет заражения почвы земляные черви резко обогащены свинцом, цинком, никелем и кадмием. Птицы, поедающие этих червей, погибают от отравления тяжелыми металлами.

Все химические вещества, попадающие в почву, можно разделить на 2 группы:

а) химические вещества, вносимые в почву планомерно, целесообразно, организованно: минеральные удо¬брения, пестициды, структурообразователи почвы,

стимуляторы роста;

б) химические вещества, попадающие в почву случайно с техногенными жидкими, твердыми и га¬зообразными отходами.

Территориально это связано с конкретными видами промышленности. Такие территории страдают избытком определенных химических веществ, которые включаются в биологический цикл человека.

Основным критерием оценки загрязнения почв химическими веществами является предельно допустимая кон¬центрация (ПДК) или ориентировочно допустимая концен-трация (ОДК) химических веществ в почве. Оценка степени опасности загрязнения почвы химическими веществами проводится по каждому веществу.

Химические вещества экзогенного происхождения при их накоплении в почве почти полностью подавляют весь биоценоз почвы, извращают процессы самоочищения.

Компенсаторные силы почвы достаточны лишь при очень небольшом в количественном отношении загрязнении почвы. Резкое увеличение нагрузки на почвенные процессы приводит к угнетению самоочищения и резкому изменению биоценоза почвы.

Санитарное состояние почвы оценивают по ряду показа¬телей, одним из которых является санитарное число, или число Хлебникова, представляющее отношение азота гумуса почвы к общему органическому азоту почвы. В чистой почве оно составляет 0,98-1,0, а в сильно загрязненной — 0,7 и меньше.

Для оценки загрязненности почвы микроорганизмами используют специальные бактериологические показатели (коли-титр, титр анаэробов и др.).

Антропогенное загрязнение почвы

Загрязнения почвы трудно классифицируются, в разных источниках их

деление даётся по-разному. Если обобщить и выделить главное, то наблюдается

следующая картина по загрязнению почвы:

1) Мусором, выбросами, отвалами, отстойными породами. В эту группу

входят различные по характеру загрязнения смешанного характера,

включающие как твёрдые, так и жидкие вещества, не слишком

вредные для организма человека, но засоряющие поверхность почвы,

затрудняющие рост растений на этой площади.

2) Тяжёлыми металлами. Данный вид загрязнений уже представляет

значительную опасность для человека и других живых организмов,

так как тяжёлые металлы нередко обладают высокой токсичностью и

способностью к кумуляции в организме. Наиболее распространённое

автомобильное топливо - бензин - содержит очень ядовитое

соединение - тетраэтилсвинец, содержащее тяжёлый металл свинец,

который попадает в почву. Из других тяжёлых металлов, соединения

которых загрязняют почву, можно назвать Cd (кадмий), Cu (медь),

Cr (хром), Ni (никель), Co (кобальт), Hg (ртуть), As (мышьяк),

Mn (марганец).

3) Пестицидами. Эти химические вещества в настоящее время широко

используются в качестве средств борьбы с вредителями культурных

растений и поэтому могут находиться в почве в значительных

количествах. По своей опасности для животных и человека они

приближаются к предыдущей группе. Именно по этой причине был

запрещён для использования препарат ДДТ (дихлор-дифенил-

трихлорметилметан), который является не только высокотоксичным

соединением, но, также, он обладает значительной химической

стойкостью, не разлагаясь в течение десятков (!) лет. Следы ДДТ

были обнаружены исследователями даже в Антарктиде! Пестициды

губительно действуют на почвенную микрофлору: бактерии,

актиномицеты, грибы, водоросли.

4) Микотоксинами. Данные загрязнения не являются антропогенными,

потому что они выделяются некоторыми грибами, однако, по своей

вредности для организма они стоят в одном ряду с перечисленными

загрязнениями почвы.

5) Радиоактивными веществами. Радиоактивные соединения стоят

несколько обособленно по своей опасности, прежде всего потому,

что по своим химическим свойствам они практически не отличаются

от аналогичных не радиоактивных элементов и легко проникают во

все живые организмы, встраиваясь в пищевые цепочки. Из

радиоактивных изотопов можно отметить в качестве примера один

наиболее опасный - 90Sr (стронций-90). Данный радиоактивный

изотоп имеет высокий выход при ядерном делении (2 - 8%), большой

период полураспада (28,4 года), химическое сродство с кальцием,

а, значит, способность откладываться в костных тканях животных и

человека, относительно высокую подвижность в почве. Совокупность

вышеназванных качеств делают его весьма опасным радионуклидом.

137Cs (цезий-137), 144Ce (церий-144) и 36Cl (хлор-36) также

являются опасными радиоактивными изотопами. Хотя существуют

природные источники загрязнений радиоактивными соединениями, но

основная масса наиболее активных изотопов с небольшим периодом

полураспада попадает в окружающую среду антропогенным путём: в

процессе производства и испытаний ядерного оружия, из атомных

электростанций, особенно в виде отходов и при авариях, при

производстве и использовании приборов, содержащих радиоактивные

изотопы и. т. д.

ОЧИСТКА НАСЕЛЁННЫХ МЕСТ - система мероприятий по сбору, удалению, утилизации и обезвреживанию отходов (отбросов). По источникам образования отходы подразделяют на бытовые и промышленные. Их количество и виды в населенном пункте зависят от числа проживающих на его территории, наличия канализации, вида и масштабов промышленного и сельскохозяйственного производства, а также от климатических условий, системы отопления, вида топлива и др. При нарушении сан. режима бытовые и промышленные отходы могут загрязнять атмосферный воздух и воздушную среду в жилых и общественных зданиях, источники питьевого и хозяйственного водоснабжения, почву и с. -х. продукцию. При неправильном хранении отбросов они могут служить пищей для грызунов - переносчиков возбудителей нек-рых инф. болезней.

Очистка населенных мест обеспечивается силами самого населения (сбор, удаление отходов из жилья), органов коммунального хозяйства Советов народных депутатов, колхозов, совхозов, промышленных предприятий, обеспечивающих сбор и вывоз отходов к местам утилизации, захоронения и обезвреживания. Она находится под постоянным контролем СЭС. Основной объем работ по очистке населенных мест от бытовых отходов осуществляется специальными автохозяйствами. Существует три вида планово-регулярной очистки от бытовых отходов: 1) подворная контейнерная система вывоза отходов со сменой контейнеров; 2) подворная баковая система вывоза отходов с использованием несменяемых сборников - контейнеров (контейнеры подкатывают к специализированной автомашине и механически или вручную, при отсутствии механизации, опрокидывают в ее кузов); 3) поквартирная система очистки, предполагающая вынос отходов из каждой квартиры жителями и высыпание их в кузов автомашины. Время прихода специализированной автомашины устанавливается специальным графиком. Поквартирная система очистки применяется в небольших городах и поселках. Из многоэтажных жилых домов отходы удаляются по мусоропроводам в контейнеры, размещенные внизу. По мере заполнения контейнеры выносят на специальную бетонированную дворовую площадку, расположенную на расстоянии не ближе 20 м от детских площадок, мест отдыха населения, но не далее 100 м от жилых помещений. Твердые бытовые отходы должны вывозиться в холодное время года не реже 1 раза в 3 дня, а в теплое время - ежедневно. Расчет транспорта производится с учетом количества населения и нормы накопления отходов на одного человека в год.

Обезвреживание и частичная утилизация бытовых отходов производятся на специально отведенных полигонах методом компостирования, на мусоросортировочных и мусороперерабатывающих заводах. Применяют биотермические методы обезвреживания отходов, к-рые обеспечивают полный распад органических веществ с образованием гумуса (удобрение для почвы), гибель патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов, а также сжигание мусора с утилизацией тепла. Последний метод менее экономичен, но эпидемиологически надежен, т. е. дает полную гарантию обезвреживания, в т. ч. инф. материала больниц, поликлиник, ветеринарных лечебниц и др.

На мусоросортировочных заводах из отходов извлекается вторичное сырье, в процессе переработки отходов получают комбикорма, гранулированные удобрения, нефтеподобные масла, используемые в качестве сырья для хим. промышленности или топлива.

В частично канализованных населенных пунктах полужидкие нечистоты из выгребов общественных уборных вывозят специальным транспортом на сливные станции, представляющие собой сооружения для спуска нечистот в канализацию с разбавлением их водой.