Загрязнение воды

Загрязнение воды

Ротанова Анастасия; группа 2048

Изменения химического и  физического состояния или биологических  характеристик воды, ограничивающие дальнейшее ее употребление. При всех типах водопользования меняются либо физическое состояние, либо химический состав воды – при поступлении загрязняющих веществ, которые делятся на две основные группы: со временем изменяющиеся в водной среде и остающиеся в ней неизменными. К первой группе относятся органические компоненты бытовых стоков и большая часть промышленных отходов. Вторую группу составляют многие неорганические соли, например сульфат натрия.

Источники загрязнения 

1. Населенные пункты.

Наиболее известным источником загрязнения воды, которому традиционно  уделяется главное внимание, являются бытовые сточные воды. Почти вся использованная вода поступает в канализацию. Поскольку ежедневно в сточные воды попадает огромный объем фекалий, главной задачей городских служб при переработке бытовых стоков в коллекторах очистных установок является удаление патогенных микроорганизмов. При повторном использовании недостаточно очищенных фекальных стоков содержащиеся в них бактерии и вирусы могут вызвать кишечные заболевания (тиф, холеру и дизентерию), а также гепатит и полиомиелит.

В растворенном виде в сточных  водах присутствуют мыло, синтетические  стиральные порошки, дезинфицирующие  средства, отбеливатели и другие вещества бытовой химии. С улиц в канализацию  стекает дождевая и талая вода.

2. Промышленность.

В индустриально развитых странах главным потребителем воды и самым крупным источником стоков является промышленность. Промышленные стоки в реки по объему в 3 раза превышают  коммунально-бытовые.

Вода выполняет разные функции, например, служит сырьем, обогревателем и охладителем в технологических процессах, кроме того, транспортирует, сортирует и промывает разные материалы. Вода также выводит отходы на всех стадиях производства. Поскольку гораздо дешевле выбрасывать отходы разных производственных циклов, чем перерабатывать и утилизовать, с промышленными стоками сбрасывается громадное количество разнообразных органических и неорганических веществ. Более половины стоков, поступающих в водоемы, дают четыре основные отрасли промышленности: целлюлозно-бумажная, нефтеперерабатывающая, промышленность органического синтеза и черная металлургия (доменное и сталелитейное производства). Из-за растущего объема промышленных отходов нарушается экологическое равновесие многих озер и рек, хотя большая часть стоков нетоксична и несмертельна для человека.

3. Тепловое загрязнение.

Наиболее масштабное однократное  употребление воды – производство электроэнергии, где она используется главным образом для охлаждения и конденсации пара, вырабатываемого  турбинами тепловых электростанций. При этом вода нагревается в среднем  на 7° С, после чего сбрасывается непосредственно в реки и озера, являясь основным источником дополнительного  тепла, который называют «тепловым  загрязнением». Против употребления этого  термина имеются возражения, поскольку  повышение температуры воды иногда приводит к благоприятным экологическим  последствиям.

4. Сельское хозяйство.

Вторым основным потребителем воды является сельское хозяйство, использующее ее для орошения полей. Стекающая  с них вода насыщена растворами солей  и почвенными частицами, а также  остатками химических веществ, способствующих повышению урожайности.

Кроме химических соединений, в реки попадает большой объем  фекалий и других органических остатков с ферм, где выращиваются мясомолочный крупный рогатый скот, свиньи или домашняя птица. Много органических отходов также поступает в процессе переработки продукции сельского хозяйства.

Влияние загрязнения 

Чистая вода прозрачна, бесцветна, не имеет запаха и вкуса, населена множеством рыб, растений и животных. Загрязненные воды мутные, с неприятным запахом, не пригодны для питья, часто  содержат огромное количество бактерий и водорослей. Система самоочистки воды не срабатывает из-за переизбытка в ней антропогенных загрязнителей.

Уменьшение  содержания кислорода. Органические вещества, содержащиеся в сточных водах, разлагаются ферментами аэробных бактерий, которые поглощают растворенный в воде кислород и выделяют углекислый газ по мере усвоения органических остатков.

В водах, содержащих фекальные  массы, растительные или животные остатки, поступающие с предприятий пищевой  промышленности, бумажные волокна и  остатки целлюлозы от предприятий  целлюлозно-бумажной промышленности, процессы разложения протекают практически  одинаково. Поскольку аэробные бактерии используют кислород, первым результатом  распада органических остатков является уменьшение содержания кислорода, растворенного  в принимающих стоки водах.

В мелких водотоках с быстрым  течением, где вода интенсивно перемешивается, поступающий из атмосферы кислород компенсирует истощение его запасов, растворенных в воде. Одновременно углекислый газ, образующийся при разложении содержащихся в сточных водах  веществ, улетучивается в атмосферу. Таким образом, сокращается срок неблагоприятного воздействия процессов разложения органики. И, наоборот, в водоемах со слабым течением, где воды перемешиваются медленно и изолированы от атмосферы, неизбежное уменьшение содержания кислорода и рост концентрации углекислого газа влекут за собой серьезные изменения. Когда содержание кислорода уменьшается до определенного уровня, происходит замор рыбы и начинают погибать другие живые организмы, что, в свою очередь, приводит к увеличению объема разлагающейся органики.

Эвтрофикация, или эвтрофирование, – процесс обогащения водоемов питательными веществами, особенно азотом и фосфором, главным образом биогенного происхождения. В результате происходит постепенное зарастание озера и превращение его в болото, заполненное илом и разлагающимися растительными остатками, которое в конце концов полностью высыхает. В естественных условиях этот процесс занимает десятки тысяч лет, однако в результате антропогенного загрязнения протекает очень быстро. Так, например, в маленьких прудах и озерах под влиянием человека он завершается всего за нескольких десятилетий.

Эвтрофикация усиливается, когда рост растений в водоеме  стимулируется азотом и фосфором, содержащимися в насыщенных удобрениями  стоках с сельскохозяйственных угодий, в чистящих и моющих средствах  и других отходах.

Тепловое  загрязнение. Мощные электростанции заметно нагревают воды в реках и бухтах, на которых они расположены. Летом, когда потребность в электрической энергии для кондиционирования воздуха очень велика и ее выработка возрастает, эти воды часто перегреваются, т.е. избыточное тепло уменьшает растворимость кислорода в воде, ускоряет темпы химических реакций и, следовательно, влияет на жизнь животных и растений в водоприемных бассейнах.

В водах, испытывающих тепловое загрязнение, часто создаются условия, приводящие к гибели рыб. Там снижается  содержание кислорода, так как он слабо растворяется в теплой воде, однако потребность в кислороде  резко возрастает, поскольку увеличиваются  темпы его потребления аэробными  бактериями и рыбами.

Накопление  токсичных органических веществ. Химикаты, растворенные в дождевой воде и поглощенные частицами почвы, в результате их вымывания попадают в грунтовые воды, а затем – в реки, дренирующие сельскохозяйственные угодья, где начинают накапливаться в рыбах и более мелких водных организмах. Даже если концентрация ядовитых химикатов несмертельна, эти вещества могут привести к гибели животных или другим пагубным последствиям на следующей ступени трофической цепи.

Радиоактивное загрязнение. Радиоактивные изотопы также аккумулируются внутри пищевых цепей, так как являются устойчивыми по своей природе. Каждый радиоизотоп характеризуется определенным периодом полураспада. Поскольку период полураспада многих радиоактивных изотопов весьма значителен (например, миллионы лет), их постоянное излучение может в конце концов привести к ужасным последствиям для живых организмов, населяющих водоемы, в которые сбрасываются жидкие радиоактивные отходы.

Влияние токсичных  металлов. Такие токсичные металлы, как ртуть, мышьяк, кадмий и свинец, тоже обладают кумулятивным эффектом. Результат их накопления небольшими дозами может быть таким же, как и при получении однократной большой дозы. Ртуть, содержащаяся в промышленных стоках, осаждается в донных илистых отложениях в реках и озерах. Обитающие в илах анаэробные бактерии перерабатывают ее в ядовитые формы (например, метилртуть), которые могут приводить к серьезным поражениям нервной системы и мозга животных и человека, а также вызывать генетические мутации. Несмотря на то, что рыбы не погибают, человек, съевший такую зараженную рыбу, может отравиться и даже умереть.

Контроль и очистка 

Практикуются три  основных метода очистки сточных  вод. Первый: сброс сточных вод в крупные водотоки, где они разбавляются пресной проточной водой, аэрируются и нейтрализуются естественным образом. Второй метод заключается в удалении и снижении содержания твердых и органических веществ механическим, биологическим и химическим способами. Его в основном используют на коммунальных очистных станциях, которые редко располагают оборудованием для переработки промышленных и сельскохозяйственных стоков. Широко известен и достаточно распространен третий метод, состоящий в сокращении объема сточных вод путем изменения технологических процессов; например, в результате вторичной переработки материалов или использования естественных методов борьбы с вредителями вместо пестицидов и т.д.

Очистка сточных вод. Хотя сейчас многие промышленные предприятия пытаются очистить свои стоки или сделать производственный цикл замкнутым, а производство пестицидов и других токсичных веществ запрещено, самым радикальным и быстрым решением проблемы загрязнения воды будет строительство дополнительных и более современных очистных сооружений.

Первичная очистка осуществляется механическим путем. Вторичная очистка осуществляется в основном биологическими методами. Поскольку на первом этапе органические вещества не удаляются, на следующем – используются аэробные бактерии для разложения взвешенной и растворенной органики.

Другим методом  вторичной очистки является продолжительное  отстаивание воды в специальных  прудах или лагунах, где водоросли  потребляют углекислый газ и выделяют необходимый для разложения органики кислород. В этом случае БПК снижается  на 40–70%, но требуются определенные температурные условия и солнечное  освещение.

Третичная очистка. Сточные воды, прошедшие первичную  и вторичную очистку, еще содержат растворенные вещества, которые делают их практически непригодными для  любых нужд, кроме орошения. Поэтому  были разработаны и апробированы более совершенные методы очистки, предназначенные для удаления оставшихся загрязнителей. Такие медленно разлагающиеся  органические соединения, как пестициды  и фосфаты, удаляются фильтрацией  прошедших вторичную очистку  сточных вод.

В мире существует лишь несколько предприятий, которые  могут проводить полную очистку  сточных вод.