Конспект лекцій Основи екології 2015

20 тис. ГДК різних забруднювачів, які виробляє людина й які негативно впливають на її здоров'я та існування.

За наявності в атмосферному повітрі декількох речовин, які здатні діяти спільно, сума їхньої концентрації не повинна перевищувати одиниці:

де С1, С2, С3,Сп – фактичні концентрації речовин в атмосферному повітрі; ГДК1, ГДК2, ГДК3, ГДКп – гранично допустимі концентрації даних речовин. Ефект сумації мають:

–ацетон, акролеїн, фталевий ангідрид;

–ацетон та фенол;

–ацетон і ацетофенол;

–ацетон, фурфурол, формальдегід, фенол;

–ацетальдегід та вінілацетат;

–аерозолі п'ятиоксиду ванадію та окисів марганцю;

–аерозолі п'ятиоксиду ванадію та сірчистий ангідрид;

–аерозолі п'ятиоксиду ванадію та триокису хрому;

–бензол та ацетофенон;

–вольфрамовий та сірчистий ангідриди;

–гексахлорид і фазолон;

–1,2-дихлорпропан, 1,2,3-трихлорпропан і тетрахлоретилен;

–ізобутенилкарбінол, деметилвінілкаринол;

–метилгідропірен і метилентетрагідропірен;

–озон, діоксид азоту та формальдегід;

–оксид вуглецю, діоксид азоту, формальдегід, гексан;

–сірчистий ангідрид та аерозоль сірчаної кислоти;

–сірчистий ангідрид та нікель металевий;

–сірчистий ангідрид і сірководень;

–сірчистий ангідрид і діоксид азоту;

–сірчистий ангідрид, окис вуглецю, пил конверторного виробництва;

–сірчистий ангідрид, оксид вуглецю, діоксид азоту та фенол;

–сірчистий ангідрид і фенол;

–сірчистий ангідрид і фтористий водень;

–сірчаний та сірчистий ангідриди, аміак та оксиди азоту;

–сильні мінеральні кислоти (сірчана, соляна та азотна);

–фенол та ацетофенон;

–фурфурол, метиловий та етиловий спирти;

–циклогексан і бензол;

51

–етилен, пропілен, бутилен, амілен.

Ефект потенціювання властивий таким речовинам:

–бутилакрилат і метилметакрилат з коефіцієнтом 0,8;

–фтористий водень і фторсолі з коефіцієнтом 0,8.

Для всіх об'єктів, що забруднюють атмосферу, обчислюють і внормовують гранично допустимі викиди (ГДВ), тобто кількість шкідливих речовин, яка не має бути перевищеною під час викидів у повітря за одиницю часу, аби концентрація забруднювачів повітря навколо об'єкта (на межі санітарної зони) не перевершувала встановленої ГДК.

При розрахунку ГДВ на промислових підприємствах необхідно враховувати ефект розсіювання викидів шкідливих речовин в атмосфері.

Розсіювання викидів в атмосфері залежить від: висоти труби, через яку здійснюється викид шкідливих речовин; секундного об'єму викинутих забруднень; різниці температур викинутої газової суміші та атмосферного повітря; умов вертикального та горизонтального розсіювання (температурної стратифікації); швидкості осідання забруднювальних речовин, їхньої фонової концентрації.

Для моніторингу важливим є визначення гранично допустимого навантаження (ГДН) на природне середовище. ГДН – це граничне значення господарського або рекреаційного навантаження на природне середовище, яке встановлюється з урахуванням ємності природного середовища або ресурсного потенціалу, здатності до саморегуляції і відтворення з метою охорони навколишнього середовища, виснаження та руйнування. Це поняття означає таку максимальну інтенсивність дії сукупності факторів навколишнього середовища, при якій не виявляється прямий чи побічний шкідливий вплив на організм людини та її нащадків і не погіршуються санітарні умови життя. Ці нормативи для санітарного контролю затверджені законодавчо.

Для того щоб, за законом про охорону довкілля, контролювати якість димогазових викидів різних підприємств і об'єктів, здійснюються обов'язкова інвентаризація всіх джерел забруднення атмосфери, їх екологічна паспортизація й періодична екологічна експертиза. Перевіряється відповідність затвердженим екологічним стандартам розмірів санітарнозахисних зон (їх п'ять класів – завширшки від 5-50 до 1000 м і більше, залежно від ступеня небезпечності токсикантів, які викидаються підприємством), їхнього стану, стану очисних установок, ефективності їхньої роботи тощо.

52

Оскільки в реальних умовах людина відчуває комплексну і сумісну дію хімічних, фізичних і біологічних факторів навколишнього середовища (і це реальне навантаження визначає можливі зміни у стані здоров'я), введено поняття максимально допустимого навантаження (МДН). Під цим поняттям розуміють таку максимальну інтенсивність дії сукупності факторів навколишнього середовища, яка не має прямого чи опосередкованого шкідливого впливу на організм людини та її нащадків і не погіршує санітарних умов життя.

Розрізняють кілька видів екологічних ситуацій: критичні (кризові), складні, помірної складності, близькі до нормальних (початково негативні) та нормальні (умовно нормальні).

Наприклад, кризові екологічні ситуації склалися в 30-кілометровій зоні навколо Чорнобильської АЕС, в Аральському та Азовському морях, містах Донецьк, Дніпродзержинськ, Лисичанськ, Луганськ. У складних екологічних ситуаціях перебувають Київ, Ялта, Одеса, Кривий Ріг, Нікополь, більшість обласних центрів України та ін. Близькі до нормальних екологічні ситуації складаються в районах, де концентрація промисловості й населення на 1 км2 ландшафту найменша, а природні ресурси вичерпані на 40-50 % (Карпати, Полісся).

Тема 6. Природні та техніко-екологічні фактори формування гідросфери

План

1.Джерела питної води та їх характеристика.

2.Вимоги до питної води та систем водопостачання.

3.Роль води у тепловому балансі і кругообігу речовин у біосфері.

4.Раціональне використання водних ресурсів в технологічних процесах.

5.Основні типи водних технологічних систем: одноступенева прямоточна, багатоступенева протиточна, паралельна.

6.Джерела утворення забруднених стічних вод.

7.Консервативні та неконсервативні речовини та їх дія на навколишнє природне середовище.

8.Вимоги до якості очищуваної води. Основні методи очищення стічних вод. Визначення степені очищення стічної води в очисних спорудах.

Якість водних ресурсів і тенденція її змін В результаті діяльності людей гідросфера змінюється: кількісно

(зменшення кількості води, придатної для використання) та якісно (забруднення). Якість води оцінюють не за екологічними ознаками, а за

53

наявністю в ній мінеральних і органічних речовин. Забруднення водойм та річок поділяють на біологічне та антропогенне.

Біологічне забруднення річок відбувається через природні процеси росту біомаси гідробіонтів, переважно гідрофітів. З подальшим їх відмиранням і розпадом, а також органічних речовин, що утворюються у лісах, на полях і луках. Розрізняють органічні речовини автохронного (від грецького слова, яке означає – місцевий, корінний) походження, що утворюється у самій водоймі, і аллохтонного (також від грецького слова, що означає не місцевий, не корінний), принесеного ззовні.

Антропогенне забруднення водойм пов’язане з господарською діяльністю людей. Із забраної з природних джерел води від 12 до 34 % втрачається при транспортуванні чи скидається без використання. У 19801990 рр. використовувалося 85-88 % забраної води, а в 1995-1999 рр. – 69-79 %. Значна частина забраної води після використання скидалася у водні об'єкти.

Антропогенне забруднення поділяється на фізичне, хімічне, біологічне й теплове.

Фізичне забруднення води відбувається внаслідок: накопичення в ній нерозчинних домішок – піску, глини, мулу в результаті змивання дощовими водами з розораних ділянок (полів); надходження суспензій з підприємств гірничорудної промисловості; потрапляння пилу, що переноситься вітром за сухої погоди, тощо. Тверді частинки знижують прозорість води, пригнічують розвиток водяних рослин, забивають зябра риб та інших водяних тварин, погіршують смакові якості води, а іноді роблять її взагалі непридатною для споживання.

Хімічне забруднення відбувається через надходження у водойми зі стічними водами різних шкідливих домішок неорганічного (кислоти, луги, мінеральні солі) та органічного (нафта й нафтопродукти, мийні засоби, пестициди тощо) складу. Шкідлива дія токсичних речовин, що потрапляють

уводойми, посилюється за рахунок так званого кумулятивного ефекту (прогресуюче збільшення вмісту шкідливих сполук у кожній наступній ланці трофічного ланцюга). Так, у фітопланктоні концентрація шкідливої сполуки часто виявляється в десятки разів вищою, ніж у воді, у зоопланктоні (личинки, дрібні рачки тощо) – в десятки разів вищою, ніж у фітопланктоні, в рибі, яка харчується зоопланктоном, – ще в десятки разів вищою. А в організмі хижих риб (таких, як щука чи судак) концентрація отрути збільшується ще в десять разів і, отже, буде в десять тисяч разів вищою, ніж

уводі.

54

Особливої шкоди водоймам завдають нафта й нафтопродукти, які утворюють на поверхні води плівку, що перешкоджає газообмінові між водою та атмосферою й знижує вміст у воді кисню. В результаті розливу 1 т нафти плівкою покриється 12 км2 води. Згустки мазуту, осідаючи на дно, вбивають донні мікроорганізми, які беруть участь у процесі самоочищення води. Внаслідок гниття донних осадів, забруднених органічними речовинами, виділяються шкідливі сполуки, зокрема сірководень, що отруюють усю воду в річці чи в озері.

До основних забруднювачів води належать хімічні, нафтопереробні й целюлозно-паперові комбінати, великі тваринницькі комплекси, гірничорудна промисловість. Серед забруднювачів води особливе місце посідають синтетичні мийні засоби. Ці речовини надзвичайно стійкі, зберігаються у воді роками.

Забруднення води речовинами, що містять фосфор, сприяє бурхливому розмноженню синьо-зелених водоростей і «цвітінню» водойм, яке супроводжується різким зниженням у воді вмісту кисню, «заморами» риби, загибеллю інших водяних тварин. Під час «цвітіння» Каховського та інших «рукотворних» морів на Дніпрі стоїть сморід, а хвилі викидають на берег трупи риби, що задихнулася.

Біологічне забруднення водойм полягає в надходженні до них зі стічними водами різних мікроорганізмів (бактерій, вірусів), спор грибів, яєць гельмінтів і т. д., багато з яких є хвороботворними для людей, тварин і рослин. Серед біологічних забруднювачів перше місце посідають комунально-побутові стоки (особливо, якщо вони не очищені або очищені недостатньо), а також стоки цукрових заводів, м'ясокомбінатів, підприємств з обробки шкір, деревообробних комбінатів. Особливо небезпечне біологічне забруднення водойм у місцях масового відпочинку людей (курортні зони на узбережжях морів). Через поганий стан каналізаційних систем та очисних споруд останніми роками нерідко закривалися пляжі в Одесі, Маріуполі та інших містах на узбережжях Чорного й Азовського морів, оскільки в морській воді було виявлено збудників таких небезпечних захворювань, як холера, дизентерія, вірусний гепатит та ін.

Теплове забруднення води відбувається внаслідок спускання у водойми підігрітих вод від ТЕС, АЕС та інших енергетичних об'єктів. Тепла вода змінює термічний і біологічний режими водойм і шкідливо впливає на їхніх мешканців. Як показали дослідження гідробіологів, вода, нагріта до температури 26-30 °С, діє на риб та інших мешканців водойм пригнічувано, а

55

якщо температура води піднімається до 36 °С, риба гине. Найбільшу кількість теплої води скидають у водойми атомні електростанції.

Вклад окремих галузей економіки у забруднені поверхневих вод, а отже, у формування якості води можна оцінити за об'ємом скиду стічних вод у водні об'єкти. Найбільш їх забруднює промисловість, яка складає більше половини всіх скидних вод – від 63,8 % у 1989-му до 53,5 % у 1998 р. На другому місці серед забруднювачів – комунальне господарство: з 1984 по 1998 рр. його вклад зростав з 19,3 до 32,6 %. Сільське господарство є третім за значенням забруднювачем поверхневих вод. У 1989-1997 рр. частка скидних вод зросла з 15 до 18 %.

Промисловість використовує близько 20 % води, споживаної людством. Кількість води, що споживається підприємством, залежить від того, яку продукцію воно випускає, від системи водопостачання (прямоточна чи оборотна) та від інших причин.

Кількість води (м3), необхідної для виробництва 1 т продукції, називають водоємкістю виробництва. За цим показником різні виробництва дуже відмінні. Наприклад, для виробництва 1 т металопрокату потрібно 1015 м3 води, а 1 т хімволокна – 20005000 м3. До найбільших споживачів води в промисловості належать атомні електростанції. Так, Хмельницька АЕС, розташована у верхів'ях річки Горинь, «випиває» всю воду з цієї річки, яка колись була основним джерелом водопостачання населення й промисловості Рівненської області.

За прямоточної системи вода з джерела надходить на промисловий об'єкт, використовується в процесі виготовлення продукції, потім піддається очищенню й після цього скидається у водостік чи водойму. За оборотної системи відпрацьована вода після очищення не повертається у водойму, а знову використовується в процесі виробництва. Витрата води за такої системи набагато нижча. Наприклад, ТЕС потужністю 1 млн. кВт у разі прямого водопостачання (для охолодження агрегатів) споживає 1,5 км3 води щорічно, а за оборотної системи – лише 0,12 км3, тобто в 13 разів менше.

При прямоточному водозабезпеченні вся забирається з водойми вода після використання в технологічному процесі повертається у водойму за винятком безповоротних втрат у виробництві і втрат зі шламом на очисних спорудах (рис. 8, а).

56

Схема повторного використання стічних вод після їх очищення показана на рис. 3.

Рис. 3. Схеми водопостачання промислових підприємств: а – прямоточна; б -

зворотний; 1 - підприємство; 2 - очисні споруди; 3 - охолоджувальні установки; I - вода з джерела; II - безповоротні втрати води; III - вода, що видаляється зі шламом; IV - вода, що скидається у водойму; V - втрати води на випаровування і винесення; VI - оборотна вода після охолоджувальних установок; VII - те ж після очисних споруд.

Незабруднені нагріті стічні води надходять на охолоджувальні установки (градирні, охолоджувальні ставки), а потім повертаються в оборотну систему водопостачання. Забруднені стічні води надходять на очисні споруди. Після очищення частина відпрацьованих стічних вод подають в систему оборотного водопостачання, якщо їх склад задовольняє нормативним вимогам.

Виходячи з існуючого технічного рівня галузей, повторно використовується 92-98 % води. В окремих виробництвах цей показник досяг 100%, тобто воду використовують багаторазово без скидання забруднених стоків у водойми, а свіжу воду додають у зв'язку з природним спадом (випаровування, хімічне перетворення та ін.) Так, на підприємствах нафтопереробної та нафтохімічної промисловості оборотні системи забезпечують 91% виробничих потреб у воді.

Основним, найбільшим водокористувачем і відповідальним за скид великих об’ємів стічних вод є енергетика, на яку припадає 65-75 % всіх стічних вод промисловості, на другому місці – чорна металургія – 15-20 %,

хімічна і нафтохімічна галузі промисловості – 5 %. Чим же забрудненні стічні води?

В басейнах Дунаю, Дністра, Південного Бугу, Дніпра, Сіверського Дінця, як і раніше спостерігається значний вміст сполук важких металів, у переважній більшості річок – сполуки азоту, нафтопродукти, феноли. Майже

57

всі водні об'єкти, на яких проводяться спостереження, належать до забруднених та дуже забруднених. Дуже забрудненні також водосховища Дніпровського каскаду, особливо Київське та Канівське.

Основний же споживач води – сільське господарство (70 % її загального використання). Це зумовлено передусім збільшенням площ зрошуваного землеробства. Зрошувані землі набагато продуктивніші від незрошуваних. Сьогодні в світі площа зрошуваних земель становить 15 % загальної площі сільськогосподарських угідь, а дають ці землі понад 50 % усієї продукції.

Питоме водоспоживання під час зрошення залежить від виду вирощуваних сільськогосподарських культур, клімату, технічного стану зрошувальних систем і способів поливу. Так, норми поливу для зернових культур становлять 1500-3500 м3/га, для цукрового буряку – 2500-6000, а для рису – 8000-15000 м3/га.

Більша частина води (20-60 %), що використовується для зрошення, безповоротно втрачається (випаровується), певна її кількість повертається назад у водойми у вигляді так званих поворотних вод, сильно забруднених солями.

Водопостачання населення (близько 10 % усієї споживаної людством води) задовольняє потреби в питній воді й комунально-побутові (робота підприємств побутового обслуговування, поливання вулиць і зелених насаджень, протипожежні заходи тощо). Є поняття питоме водоспоживання, тобто добовий об'єм води (л), необхідний для задоволення потреб одного жителя міста або села. У великих містах світу питоме водоспоживання сьогодні таке (л/добу): Нью-Йорк – 600, Париж – 500, Москва – 400, Київ – 333, Лондон – 263. Для порівняння: в країнах, що розвиваються (Центральна Африка, Близький Схід), цей показник становить лише 10-15 л/добу.

Комунальне господарство забруднює річкові води переважно сполуками хрому, СПАР, нітратами і азотом амонійним. Сам вміст цих інгредієнтів змінився мало, а зміни його у бік зменшення пояснюються зниженням скиду промисловістю. Крім спостережень за хімічним складом, ведуть дослідження стану гідробіоценозів, за якими також можна зробити висновок про якість вод.

Оцінка стану екосистеми за гідробіологічними показниками засвідчила антропогенне екологічне напруження на 71 % контрольних водних об’єктів. Решта водних об’єктів характеризується екологічним навантаженням з елементами регресу.

58

Усі природні водойми здатні самоочищатися. Самоочищення води — це нейтралізація стінних вод, випадіння в осад твердих забруднювачів, хімічні, біологічні та інші природні процеси, що сприяють видаленню з водойми забруднювачів і поверненню води до її первісного стану.

Одначе здатність водойми до самоочищення має свої межі. Сьогодні у водойми надходить така величезна кількість стічних вод, настільки забруднених різними токсичними для їхніх мешканців речовинами, що багато водойм почали деградувати. Тому людство, якщо воно хоче мати майбутнє, мусить негайно вжити спеціальних заходів для очищення забруднених вод і повернення джерел водопостачання до такого стану, за якого вони стали б придатними для використання.

Здатність природних водойм до самоочищення (періодичність природного очищення):

–Світовий океан – 2500 років;

–підземні води – 1400 років;

–полярні льодовики – 9700 років;

–гірські льодовики – 1600 років;

–підземний лід районів вічної мерзлоти – 10 000 років;

–фунтова волога – 1 рік;

–води озер – 17 років;

–води боліт – 5 років;

–води в руслах річок – 16 днів;

–волога в атмосфері – 8-10 днів;

–вода в живих організмах — кілька годин.

Основним показником кількості органічних забруднювачів, що надходять у водойми зі стічними водами, є величина БСК. Вона характеризує ту кількість кисню, яка повинна бути використана водоймами на біохімічні процеси окиснення внесених забруднень, але цей показник досить повно характеризує лише міські стічні води. У разі скидання промислових стічних вод цим показником обмежуватись не можна, оскільки він не відбиває потребу в кисні для повного окиснення всіх забруднювачів стічних вод. Сумарну забрудненість стічних вод характеризують показником ХСК.

Оцінити здатність речовин до біодеградації можливо шляхом визначення співвідношення БСК : ХСК. Відношення БСК : ХСК ≥ 0,6 свідчить про можливість очищення стічних вод природнім шляхом, тобто шляхом самоочищення. При застосуванні традиційних технологій співвідношення БСК : ХСК складає 0,4-0,5. Співвідношення БСК : ХСК тим

59

вище, чим більша доля органічних сполук присутня серед загальної кількості використовуваних речовин.

Вплив технологічних процесів на довкілля та ефективність роботи очисних споруд можна певною мірою оцінити через здатність основних і допоміжних матеріалів до біодеградації під впливом мікроорганізмів, в середовищі яких вони перебувають. При чому розкладання речовин відбувається під впливом різних мікроорганізмів: аєробних, які для розкладання речовин споживають газоподібний кисень, розчинений у воді та анаєробних, що споживають кисень, що хімічно зв’язаний з речовинами, які підлягають біодеградації.

Якість річкової води визначається багатьма факторами, часто настільки тісно взаємопов’язаними, що встановити вплив кожного з них “у чистому вигляді” дуже важко або й зовсім неможливо. Забруднення впливають на гідрохімічний і гідрологічний режими водойм, а також на живі системи –

гідробіонти.

Якість води у природі формується в основному гідробіонтами відповідно до гідрологічного і гідрохімічного режимів водойми. В умовах непорушених ландшафтів поверхневий стік практично не несе в річки забруднень. Саме природні ландшафти, завдяки фільтраційним здатностям природних біоценозів, раніше були ідеальним фільтром. Нині в Україні природні ландшафти або знищені, або перебувають на різних стадіях деградації. А водоохоронні зони, якщо вони є взагалі, зведено до вузьких берегових лісопосадок, які не виконують належним чином функції фільтраторів стоків.

До заходів, що мають забезпечити нормальний стан водних об'єктів, належать:

o нормування якості води, тобто розробка критеріїв її придатності для різних видів водокористування;

o скорочення обсягів скидання забруднювачів у водойми вдосконаленням технологічних процесів;

o очищення стічних вод.

Різноманітність видів водокористування породжує і різноманітність вимог до води. Виходячи з цього поняття якості води повинне бути пов'язане з її використанням. Згідно з Водним кодексом України якість

води є характеристика складу і властивостей води, визначальна її придатність для конкретного виду водокористування.

Оскільки не існує єдиного показника, який характеризував би весь комплекс характеристик води, якість води оцінюють на основі системи

60