Шебеста_вода / Л_14-Пром_схоз_потр

Лекция 14 РИОПВ

Промышленное водопотребление (Орлов)

При современном уровне развития производительных сил промышленность стала одним из основных потребителей и, соответственно, загрязнителей природных вод. Законодательными актами и нормативными документами предусматривается необходимость соблюдения водоохранных требований к режиму водопотребления и сброса использованных вод, обеспечивающих необходимое качество воды в водных объектах и их экологическое состояние. Однако, в силу экономических и технологических причин, а иногда просто из-за безответственности, не всегда удается соблюсти нормативы, несмотря на предусматриваемые за это штрафы.

Промышленное водоснабжение, как правило, осуществляется из поверхностных источников. В первую очередь это относится к водоемким производствам (металлургическое, целлюлозно-бумажное, нефтехимическое и т.п.).Если на производственные нужды расходуется небольшое количество воды, то в этом случае предприятия могут пользоваться водой из городских водопроводов.

Зачастую, в те же водные объекты, которые используются для водоснабжения, производится и сброс загрязненных использованных вод. Лишь в отдельных случаях, когда сточные воды содержат токсичные вещества, от которых невозможно или очень трудно освободиться, может осуществляться захоронение стоков путем их закачки в глубокие изолированные водоносные горизонты.

Последствия промышленного воздействия на водные ресурсы отражаются, конечно, в первую очередь на состоянии водных объектов и окружающей природной среды, условиях жизни человека и его здоровье. Кроме этого, промышленность, являясь загрязнителем вод, сама терпит от этого убытки, т.к. требуются дополнительные затраты на водоподготовку, а использование вод низкого качества ухудшает продукцию, снижает КПД оборудования и сроки его действия.

Каждый вид производства предъявляет свои требования к качеству воды: наибольшие - пищевая промышленность, наименьшие - водный транспорт. Большое значение имеют минерализация, мутность, жесткость воды и содержание важных для какой-либо определенной технологии химических элементов. С этими свойствами воды связано отложение солей (накипи) на стенках труб и котлов, засорение аппаратуры и т.п. Повышенное содержание в воде некоторых химических элементов, кислот, солей проявляется в таком свойстве воды как агрессивность, вызывающем коррозию металлов, бетона и других материалов.

Усиление коррозии оборачивается большими экономическими издержками. При этом могут происходить как незначительные – аварии на водопроводах-, так и катастрофические разрушения. Примером последнего является авария на шлюзе Камской ГЭС осенью 1994 г., когда изъеденные коррозией ворота шлюзовой камеры не выдержали напора воды. Береговым сооружениям нижерасположенного города Перми угрожала волна прорыва, и лишь своевременным закрытием аварийных ворот катастрофу удалось предотвратить.

Производственные сточные воды очень разнообразны по составу.

В табл.4.1 представлены основные загрязняющие вещества, характерные для различных производств [2].

Таблица 4.1

Загрязняющие вещества, характерные для различных производств

+----------------------------------------------------------------+

¦Производство ¦ Загрязняющие вещества ¦

+---------------------- +-----------------------------------------¦

¦Целлюлозно-бумажное ¦Фенолы,азот,фосфор, лигниносульфонаты, ¦

¦ ¦взвешенные вещества ¦

¦Нефтепереработка ¦Нефтепродукты, фенолы, органические соеди-¦

¦ ¦нения серы и азота ¦

¦Химическое ¦Кислоты, щелочи, соединения азота,серы, ¦

¦ ¦мышьяка ¦

¦Черная металлургия ¦Цианиды,фенолы,взвешенные вещества ¦

¦Цветная металлургия ¦Хлориды, сульфаты,соли тяжелых металлов ¦

¦Пищевая пром-ть ¦Органические, взвешенные вещества, азот, ¦

¦ ¦фосфор ¦

¦Горнорудное произ-во ¦Взвешенные вещества, соединения железа и ¦

¦ ¦серы ¦

+----------------------------------------------------------------+

Преобладающими являются загрязнения нефтепродуктами, фенолом, тяжелыми металлами и взвешенными веществами, а наиболее сильными загрязнителями - предприятия целлюлозно-бумажных, нефтеперерабатывающих и химических производств.

Hефтепродукты, попавшие в воду, могут находиться в ней в виде пленки, взвеси, раствора и донных отложений. Пленка - это первый признак загрязнения.

Главным отрицательным следствием загрязнения является существенное снижение аэрации воды, уменьшение светового потока, что ухудшает качество воды и условия обитания гидробионтов, водной растительности.

Рыба может приобретать неустранимый нефтяной привкус, а при концентрациях нефтепродуктов свыше 0,5 мг/дмЗ она гибнет. При концентрациях свыше 1,2 мг/дмЗ гибнут зоопланктон и бентос.

К фенолам относят большую группу токсических веществ (карбо­ловая кислота, крезол, тимол и т.д.). Они придают воде трудноус­транимые запах и вкус. Фенолы обладают высокой степенью токсичнос­ти и даже при низких концентрациях отрицательно влияют на санитарно-гигиеническое и экологическое состояние водных объектов. Для них установлена величина ПДК=0,001 мг/дмЗ [6], как для особо ядо­витых веществ. На окисление фенолов, как и других видов загрязне­ния, расходуется растворенный в воде кислород.

Тяжелые металлы, поступающие в водоемы со сточными водами в виде солей, активно участвуют в сорбции и десорбции. Это приво­дит к их концентрации и существенному увеличению содержания в донных отложениях.

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, олово, медь, цинк и др.) пе­редаются по пищевым цепям: усваиваются фито- и зоопланктоном,за­тем рыбой и в конечном счете - человеком. Конечно, они могут по­падать в организм человека и непосредственно с некачественной питьевой водой. Тяжелые металлы обладают свойством накапливаться в организме, поэтому даже при небольших концентрациях крайне опасны.

Наиболее токсичный металл - ртуть (ПДК для питьевого водос­набжения 0,0005 мг/дмЗ [6]) поражает центральную нервную систе­му, кадмий - почки, селен - печень.

В районах концентрации горной, газо- и нефтедобывающей про­мышленности источником существенного загрязнения рек и водоемов являются шахтные, рудничные, карьерные, межпластовые воды. К сточ­ным водам относятся все отводимые воды: как откачиваемые подзем­ные воды, так и воды, используемые в технологических процессах (для оттаивания и разрушения пород, промывки и проходки, заполне­ния пустот и поддержания давления, транспортировки и т.п.).

При откачке подземных вод образуются депрессионные воронки. В результате происходит высыхание родников и колодцев, уменьше­ние водности рек (особенно малых) в меженный период. Иногда наб­людается интенсивная фильтрация загрязненных речных вод из русел в осушаемые подземные водоносные горизонты. Возможно изменение влагосодержания верхнего слоя почво-грунтов и деградация расти­тельного покрова. В первую очередь это проявляется на пойменных почвах. – Истощение ресурсов

Ниже места сброса откачиваемых вод, наоборот, может произой­ти увеличение речного стока и, главное, существенно ухудшается качество воды. Сбросные воды горно-рудной промышленности имеют очень большую мутность, минерализация их намного выше, чем мине­рализация поверхностных вод. Часто эти воды имеют повышенную кис­лотность или щелочность и повышенную жесткость. Межпластовые во­ды нефтепромыслов содержат много нефти и взвешенных частиц. Все это усугубляется тем, что по условиям горно-рудного производства затруднительно использовать очистные сооружения.

Часто добыча песка и гравия ведется непосредственно из ру­сел рек. Следствием этого, кроме поступления в воду большого ко­личества минеральных взвесей и увеличения ее мутности, может быть существенное понижение уровня воды в районе подводного карьера.

При понижении уровня происходит обрушение берегов, иссушает­ся пойма, оголяются водозаборы и т.д. Выше и ниже карьера усили­вается русловой процесс. В результате ухудшается состояние нерес­тилищ, заносятся зимовальные ямы. Возможны размывы опор мостов, набережных и других сооружений.

Опасным последствием карьерных работ в руслах рек может стать появление "окон", через которые загрязненные речные воды начинают интенсивно поступать в подземные водоносные горизонты.

Часто встречающимся видом промышленного загрязнения повер­хностных вод является тепловое загрязнение. Этот вид загрязне­ния проявляется при сбросе многих производственных вод, но наиболее ярко выражен при эксплуатации энергетических предприятий.

Загрязнение поверхностных вод, вызванное водным транспор­том, также относится к промышленным видам загрязнения. Этот вид производственной деятельности, который включает судоходство, мало­мерный флот и лесосплав, в целом противоречит интересам хозяй­ственно-питьевого водоснабжения, рыбного хозяйства, рекреации.

При работе двигателей и винтов взмучивается грунт, распуги­вается рыба, оглушаются мальки, повреждаются макрофиты. Усилен­ная волновая деятельность ведет к размыву берегов, уменьшению площадей нереста и нагула.

Кроме этого происходит загрязнение вод хозяйственно-бытовы­ми стоками судов и, особенно, нефтью и нефтепродуктами. Послед­ние попадают в воду при перевозках, при авариях, а также с бал­ластными, моечными и подсланевыми водами.

На судоходных реках нередко возникает необходимость в прове­дении дноуглубительных работ и выравнивании русел рек. В ре­зультате в воду поступает большое количество минеральных частиц. Загрязнение усиливается, если подобные работы проводятся в районе сброса сточных вод, портов, пристаней, где грунт имеет повышен­ную загрязненность.

Для снижения отрицательных последствий при выемке донного грунта не следует перекрывать прорвы и входы в старицы - лучшие места нереста. Рекомендуется складировать вынутый грунт сплошны­ми отвалами на относительно высоких отметках, чтобы избежать раз­мыва .

Отрицательное экологическое влияние лесосплава в первую оче­редь связано с ухудшением качества воды. Дерево выделяет в воду токсичные вещества (фенолы, азот, аммонийный азот, фосфор, нитра­ты и др.) и в процессе гниения поглощает растворенный в воде кис­лород.

Возможным путем загрязнения поверхностных вод является про­мышленное загрязнение атмосферы и вызванное этим повышение мине­рализации атмосферных осадков. Как правило, минерализация и мут­ность осадков незначительны, однако, в промышленных районах и крупных городах могут достигать 30-50 мг/дмЗ (минерализация) и 100-300 мг/дмЗ (мутность). При таких значениях мутности осадков на гектар земной поверхности в год может поступать до 15 кг пыле­вых частиц.

В промышленных районах химический состав осадков по некото­рым элементам (хром, железо, медь, свинец и др.) может приближаться к составу речных вод. Однако главная проблема связана с явлением, получившим название "кислотные дожди". Они образуются при взаимодействии атмосферных паров с газами, содержащими окислы се­ры и азота. Величина рН таких осадков снижается до 4.

Кислотные дожди вызывают пространственное загрязнение и в связи с этим - большие экологические нарушения. Под их воздей­ствием может происходить угнетение и деградация растительного покрова, почвы, ихтиофауны и животного мира на большом расстоя­нии от промышленных объектов.

Учитывая, что потери воды в промышленном производстве нахо­дятся в пределах 5-10 %, главной причиной возникающих экологичес­ких проблем является изменение состава использованных вод, приво­дящее к существенному ухудшению их качества и нарушающее нор­мальное функционирование водной и околоводной экосистем.

Сельскохозяйственное водопользование

При современном уровне развития сельскохозяйственная дея­тельность оказывает сильное влияние на количество и качество вод­ных ресурсов. Отрицательные экологические последствия, связанные с сельскохозяйственной деятельностью, обусловлены прежде всего загрязнением поверхностных и подземных вод, истощением водных ре­сурсов отдельных водных объектов и даже регионов, эрозией почв, заилением рек и водоемов.

Характеризуя пути загрязнения вод от сельскохозяйственного производства, можно выделить два направления: первое - поступление загрязняющих веществ с бытовыми стоками сельских населенных; пунктов и хозяйственными водами, отводимыми с сельскохозяйствен­ных производств и животноводческих комплексов; второе - смыв хи­микатов и взвешенных частиц почвы с полей, поступление веществ с дренажным стоком мелиоративных систем.

Зачастую сельскохозяйственная деятельность вызывает столь существенное ухудшение качества воды, что можно характеризовать отводимые в водоприемники воды как сточные. В то же время каких-либо особых методов очистки для сельскохозяйственных стоков нет. Принятые методы очистки используются, в основном, на относительно крупных производственных объектах, предусматривающих создание специальных очистных систем, что крайне дорого.

Для животноводческих комплексов характерно большое количес­тво органических отходов. Например, отходы крупного свиноводчес­кого комплекса могут составлять до 3000 т жидкого навоза в сутки или 1 млн т в год.

В процессе очистки и утилизации животноводческих отходов ис­пользуются механическая уборка или гидросмыв, отстой, компостиро­вание твердой фракции, накопление жидкой фракции в прудах-накопи­телях, биологическое обеззараживание, использование на сельскохо­зяйственных полях твердой и жидкой фракций как удобрений.

После отделения твердой фракции содержание органических ве­ществ (по количеству взвешенных веществ, БПК и ХПК) можно пони­зить до 10-30 % от начального содержания, а после отстаивания в прудах - до 1-3 % . Однако потери азота и фосфора даже при соблю­дении технологии утилизации будут доходить до 30-40 % .

Нарушения в технологии очистки и утилизации, а тем более их отсутствие, могут привести к значительному увеличению поступающе­го в водные объекты количества загрязняющих веществ. При этом происходят процессы, характерные для загрязнения органическими веществами и биогенными элементами, существенно ухудшающие ка­чество вод.

С животноводческой деятельностью также связано загрязнение талого и дождевого стока, формирующегося на площадях выгула и загона скота. С этих площадей в водные объекты поступает большое количество взвешенных минеральных частиц, смываемых с вытоптаных, не покрытых травяной растительностью участков.

Основным средством предотвращения загрязнения водных объектов водами, стекающими с площадей выгула и загона, является создание систем перехвата поверхностного стока и пропуск его через пруды-отстойники.

Еще одной причиной загрязнения поверхностных вод является сток, сформировавшийся на полях, обработанных ядохимикатами (пестицидами) и удобрениями, в первую очередь - минеральными.

Особенность пестицидов состоит в способности длительное время сохранять токсичность, передаваться по пищевым цепям, накапливаться, а также в продолжительности периода вымыва из почвы. Наиболее токсичные хлорорганические пестициды вымываются преимущес­твенно талыми водами с интенсивностью 0,4 % в год (в степной зоне и 0,7 % в год (в лесостепной зоне) от величины начального содержания. Следует отметить, что на орошаемых полях интенсивность вымыва хи­микатов увеличивается в несколько раз.

Для уменьшения загрязнения почвы и поверхностных вод при использовании химикатов необходимо учитывать их миграционные и аккумулятивные свойства, выбирать наиболее подходящую технологию внесения удобрений и обработки пестицидами.

Напри­мер, вынос удобрений значительно увеличивается при распылении с воздуха и особенно при рассыпке по снежному покрову.

При складировании химикатов дол­жны соблюдаться требования по санитарно-защитным зонам. Важным мо­ментом в предотвращении загрязнения рек является организация сис­темы перехвата вод с обрабатываемых химикатами площадей.

Загрязнение водных объектов происходит также при поступле­нии в них коллекторно-дренажных вод оросительных и осушительных систем. В большей степени на поверхностные воды оказывает влия­ние ирригационная деятельность.

Орошаемое земледелие наиболее влагоемкий вид хозяйственной деятельности. На его долю приходится 50 % всего забора воды и 72 % безвозвратного водопотребления [2]. Следствием непродуманного и неограниченного забора воды на орошение, плохой организации ирри­гационных систем является истощение водных ресурсов источника, изменение водного режима водоприемников (рек и водоемов) и зе­мель в районах орошения и сброса дренажных вод, заболачивание, засоление и эрозия почв. Все это происходит в сочетании с существенным увеличением минерализации вод, ухудшени­ем их качества.

В результате создаются сложности в питьевом и хозяйственном, водообеспечении (в том числе и для орошения), а также нарушаются условия функционирования водной и околоводной экосистемы.

Уменьшению отрицательных последствий орошения способствует правильная оценка, строгое соблюдение или даже уменьшение, норм орошения, выбор подходящего способа полива - сплошным слоем, на­пуском по полосам или бороздам, дождеванием и подпочвенным. Пер­вый способ наименее, а последний наиболее экономичный и эколо­гически безопасный. Необходимо также создание эффективной систе­мы отвода грунтовых вод, периодическая промывка почвы и примене­ние агрокультурных приемов, уменьшающих испарение с почвы (прида­ние почве комковатой структуры, посадка лесозащитных полос и др.).

При необходимости коллекторно-дренажные воды должны соби- раться в прудах-накопителях и регуляторах, которые обеспечивают соответствующий водоохранным целям режим сброса отводимых вод в водоприемники.

Осушительная мелиорация проводится с целью понижения уровня грунтовых вод и поддержания его на оптимальной глубине. При этом одновременно может предусматриваться ускоренный отвод поверхнос­тного стока, перехват поступающего извне склонового стока и, в необходимых случаях, регулирование половодий и паводков в ре­ках-водоприемниках .

Создание водоотводящей сети вызывает некоторое изменение ре­жима стока с осушенной территории. Однако, изменения режима, как правило, не столь существенны, чтобы повлечь серьезные экологические послед­ствия. Для минимизации изменений водного режима не следует осу­шать водораздельные территории водосборов.

К особо ценным сельскохозяйственным землям относятся речные поймы. Пойменные земли в связи с аккумуляцией на них наилка - смы­ваемых с водосбора мелких частиц, богатых биогенными веществами,-отличаются повышенным плодородием. Поймы также являются важным звеном в цепи воспроизводства рыбных запасов, что определяет рыбохозяйственное их значение.

Хозяйственная деятельность человека может существенно влиять на режим затопления пойм. Особенно заметные именения происходят при создании водохранилищ и регулировании речного стока. Чрезмерное увеличение длительности затопления может произойти после создания линейных переходов через реки (дорог, трубопроводов и т.п.) и, особенно, при возведении глухих дамб.

С другой стороны, осушительные работы на поймах, русловые ра­боты (углубление, спрямление и др.) могут существенно уменьшить обводненность некоторых пойменных участков или даже привести к их потере в результате активизации русловых процессов.

Серьезные водоохранные и экологические проблемы связаны с процессом водной эрозии земель, используемых в сельскохозяй­ственной деятельности. Эрозия приводит не только к иссушению и потере самых ценных земель, но и к уменьшению водности и обмелению рек, в первую очередь, малых. Эрозия вызывает заиливание русел и уменьшение подземного стока, что ведет к уменьшению дренирующей способности рек и существенному уменьшению водности в меженные периоды. При этом на окружающей территории может прои­зойти подъем грунтовых вод и развитие процессов заболачивания. В то же время в результате активизации процессов выноса веществ с поверхности водосбора повышается минерализация речных вод и заг­рязнение взвешенными веществами. Раз витию водной эрозии способ­ствует неумеренный выпас скота, вырубка лесов, распашка вдоль склонов, низкий уровень использования органических удобрений.

Противостояние отрицательному воздействию сельского хозяй­ства на водные ресурсы должно носить комплексный характер. Основ­ными элементами комплекса мер являются агролесомелиоративные ме­роприятия на склонах бассейнов и в речных долинах, использование соответствующих агрокультурных приемов, установление водоохранных зон вдоль водных объектов.

Согласно рекомендациям [16] водоохранная зона с особым ре­жимом использования включает пойму реки, склоны надпойменной тер­расы, прибрежную овражно-балочную систему. Внутри зоны выделяют прибрежную водоохранную полосу (ПВП) шириной от 20 до 100 м в за­висимости от размеров водного объекта. В пределах полосы допус­кается только скашивание трав и лесопосадочные работы. За преде­лами ПВП, в водоохранной зоне, режим хозяйствования должен сво­дить к минимуму эрозию почв, вынос удобрений; здесь регламенти­руется выпас скота, запрещается строительство прудов-накопителей, складов, гаражей и т.п.

Агролесомелиоративные мероприятия включают создание лесоза­щитных полос и осуществление агротехнических мероприятий, уменьша­ющих эрозию, вынос удобрений и непродуктивную потерю влаги.

Важным средством борьбы с эрозией являются гидротехнические мероприятия: террасирование крутых склонов, создание прудов-отстойников, биологических прудов и небольших водохранилищ в устьях каналов и рек.

Сложность в осуществлении водоохранных мероприятий состоит в гом, что весь их комплекс должен проводиться таким образом, чтобы обеспечивались как охранные цели, так и оптимальные для сельскохозяйственного производства условия.

Энергетика и регулирование стока

Энергия, используемая людьми для промышленных и бытовых нужд, вырабатывается в основном на производствах двух типов: теп­лоэнергетических и гидроэнергетических. В соответствии с характе­ром этих производств различают и последствия их воздействия на окружающую природную среду.

Теплоэнергетическое производство, как и многие другие виды промышленной деятельности, вызывает загрязнение атмосферы и по­верхностных вод (взвешенными веществами и нефтепродуктами в ре­зультате работы систем гидрозолоудаления, промывок и консервации оборудования) [20].

Одним из основных последствий производства электроэнергии и тепла на тепловых и атомных электростанциях (ТЭС и АЭС) или теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) является тепловое загряз­нение водных объектов. На тепловых станциях вода в первую оче­редь используется для охлаждения оборудования. На предприятиях большой мощности расход воды, идущий на эти цели, может состав­лять несколько десятков кубических метров в секунду. Суммарное водопотребление теплоэнергетических производств составляет около 35 % от общего промышленного водопотребления. При использовании прямоточной или оборотной системы водоснабжения с водоемом-охлади­телем в водные объекты поступает большое количество подогретой воды с температурой на 8-10^о С больше естественных величин

Кроме энергетических производств значительное тепловое заг­рязнение происходит и при некоторых других видах деятельности, например в металлургии, и даже от хозяйственно-бытовых стоков. В связи с этим в наибольшей степени тепловое загрязнение рек и во­доемов происходит в крупных городах и местах концентрации промыш­ленных предприятий.

Сброс теплой производственной воды повышает температуру при­родных вод, что активизирует процессы, ведущие к ухудшению их качества. Результатом повышения температуры является нарушение га­зового режима вод. Снижается содержание кислорода. Усиливается процесс зарастания и цветения воды, увеличивается содержание ор­ганических веществ и аммонийного азота. Воды приобретают неприят­ный вкус и запах. Все это отрицательно влияет как на функциониро­вание водной экосистемы, так и на возможности бытового и произ­водственного использования водных ресурсов рек и водоемов, под­верженных действию теплового загрязнения.

Для снижения нагрева воды и уменьшения отрицательных послед­ствий необходимо правильно оценить необходимые размеры водое­ма-охладителя, применять рассеивающие или глубинные выпуски, ис­пользовать предварительное смешение с прохладной водой.

Кроме отрицательного влияния на качество воды тепловое заг­рязнение ведет к увеличению безвозвратных потерь водных ресурсов. Это связано с потерями на испарение. В районах недостаточного ув-лажнения, когда наблюдается дефицит воды, это может привести к еще большему обострению проблем, обусловленных использованием водных ресурсов.

Производство энергии гидроэнергетическим способом осущес­твляется на гидроэлектростанциях (ГЭС), располагаемых на реках. Строительство ГЭС в большинстве случаев сопровождается созданием водохранилища и регулированием речного стока. При этом на базе созданного водохранилища формируется водохозяйственный комплекс, в котором производство энергии является не единственным элемен­том, хотя зачастую имеет первостепенное значение.

Все участники водохозяйственного комплекса, сформировавшего­ся вокруг водохранилища, оказывают воздействие на окружающую при­родную среду в соответствии с характером хозяйственной дея­тельности, но есть такие отрицательные последствия, которые не­посредственно вызваны созданием водохранилища и изменением естес­твенного водного режима реки [4]. Особенно значительное влияние на природную среду оказывают крупные водохранилища в равнинных районах.

К отрицательным последствиям создания водохранилищ следует отнести затопление ценных в экологическом и сельскохозяйственном отношении пойменных земель и подтопление прибрежных территорий.