Реферат Уникальные свойства воды
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
МОУ Лицей №7
Исследовательская работа по химии на тему:
«Уникальные свойства воды».
Преподаватель:
Стеблева Наталья Алексеевна
Работу выполнила:
Ученица 10т класса
Чекмарева Анна.
Пермь 2007
Содержание.
Вода в природе................................................................................................... 4
Физические свойства воды.............................................................................. 5
Диаграмма состояния воды............................................................................ 7
Тяжелая вода..................................................................................................... 9
Химические свойства воды............................................................................. 10
Вода и здоровье................................................................................................... 10
Основные типы загрязнения вод................................................................... 13
Актуальность проблемы загрязнения водоемов............................................... 24
Спуск сточных вод в водоемы.............................................................................. 26
Защита от загрязнения...................................................................................... 27
Основные способы очистки воды от загрязнения............................................. 28
Способы очистки воды в бытовых условиях..................................................... 32
Заключение........................................................................................................... 35
Выводы ................................................................................................................ 37
Список литературы............................................................................................ 39
Цель:
Исследовать свойства воды и понять в чем их уникальность.
Задачи:
Ø Рассмотреть распространение воды в природе.
Ø Рассмотреть физические свойства воды.
Ø Изучить диаграмму состояния воды.
Ø Изучить химические свойства воды.
Ø Изучить что такое тяжелая вода.
Ø Исследовать влияние воды на здоровье людей.
Ø Рассмотреть основные типы загрязнения гидросферы и способы борьба с ними.
Ø Основные способы очистки воды.
Вода в природе.
Вода занимает особое положение среди природных богатств Земли. Почти 3/4 поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы.
Известный русский и советский геолог академик А. П. Карпинский говорил, что нет более драгоценного ископаемого, чем вода, без которой жизнь невозможна.
Водная среда, которая включает поверхностные и подземные воды называется гидросферой. Поверхностные воды в основном сосредоточены в Мировом океане, содержащем около 91% всей воды на Земле. Поверхность океана (акватория) составляет 361 млн. кв. км. Она примерно в 2,4 раза больше площади суши – территории, занимающей 149 млн. кв. км. Если распределить воду ровным слоем, то она покроет Землю толщиной
Вода в океане (94%) и под землей – соленая. Количество пресной воды составляет 6% от общего объема воды на Земле, причем очень малая ее доля (всего 0,36%) имеется в легкодоступных для добычи местах. Большая часть пресной воды содержится в снегах, пресноводных айсбергах и ледниках (1,7%), находящихся в основном в районах южного полярного круга, а также глубоко под землей (4%). Годовой мировой речной сток пресной воды составляет 37,3-47 тыс. куб. км. Кроме того, может использоваться часть подземных вод, равная 13 тыс. куб. км.
В настоящее время человечество использует 3,8 тыс. куб. км. воды ежегодно, причем можно увеличить потребление максимум до 12 тыс. куб. км. При нынешних темпах роста потребления воды этого хватит на ближайшие 25-30 лет. Выкачивание грунтовых вод приводит к оседанию почвы и зданий (в Мехико и Бангкоке) и понижению уровней подземных вод на десятки метров (в Маниле).
Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.
Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой.
Каждый житель Земли в среднем потребляет
С учетом потребностей воды для промышленности и сельского хозяйства расход воды в нашей стране – от 125 до
В развитых странах на каждого жителя приходится 200-
Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Значительное количество воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.
Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.
На современном этапе определяются такие направления рационального использования водных ресурсов: более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды.
Физические свойства воды.
Чистая вода представляет собой бесцветную прозрачную жидкость. Плотность воды при переходе ее из твердого состояния в жидкое не уменьшается, как почти у всех других веществ, а возрастает. При нагревании воды от 0 до 4°С плотность ее также увеличивается. При 4°С вода имеет максимальную плотность, и лишь при дальнейшем нагревании ее плотность уменьшается. Если бы при понижении температуры и при переходе из жидкого состояния в твердое плотность воды изменялась так же, как это происходит у подавляющего большинства веществ, то при приближении зимы поверхностные слои природных вод охлаждались. бы до 0°С и опускались на дно, освобождая место более теплым слоям, и так продолжалось бы до тех пор, пока вся масса водоема не приобрела бы температуру 0°С. Далее вода начинала бы замерзать, образующиеся льдины погружались бы на дно и водоем промерзал бы на всю его глубину. При этом многие формы жизни в воде были бы невозможны. Но так как наибольшей плотность вода достигает при 4 °С, то перемещение ее слоев, вызываемое охлаждением, заканчивается при достижении этой температуры. При дальнейшем понижении температуры охлажденный слой, обладающий меньшей плотностью, остается на поверхности, замерзает и тем самым защищает лежащие ниже слои от дальнейшего охлаждения и замерзания. Большое значение в жизни природы имеет и тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоемкостью [4,18 Дж/( кг×К)]. Поэтому.в ночное время, а также при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем или при переходе от зимы к лету так же медленно нагревается, являясь, таким образом, регулятором температуры на земном шаре. В связи с тем, что при плавлении льда объем, занимаемый водой, уменьшается, давление понижает температуру плавления льда. Эта вытекает из принципа Ле Шателье. Действительно, пусть лед и жидкая вода находятся в равновесии при О°С. При увеличении давления равновесие, согласно принципу Ле Шателье, сместится в сторону образования той фазы, которая при той же температуре занимает меньший объем. Этой фазой является в данном случае жидкость. Таким образом, возрастание давления при О°С вызывает превращение льда в жидкость, а это и означает, что температура плавления льда снижается. Молекула воды имеет угловое строение; входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два протона, а в вершине ядро атома кислорода, Межъядерные расстояния ОН близки к 0,1 нм, расстояние между ядрами атомов водорода равно примерно 0,15 нм. Из восьми электронов, составляющих внешний электронный слой атома кислорода в молекуле воды две электронные пары образуют ковалентные связи ОН, а остальные четыре электрона представляют собой две не поделенных электронных пары. Атом кислорода в молекуле воды находится в состоянии
Молекулярная масса парообразной воды равна 18 и отвечает ее простейшей формуле. Однако молекулярная масса жидкой воды, определяемая путем изучения ее растворов в других растворителях оказывается более, высокой. Это свидетельствует о том, что в жидкой воде происходит ассоциация молекул, т.е. соединение их в более сложные агрегаты. Такой вывод подтверждается и аномально высокими значениями температур плавления и кипения воды. Ассоциация молекул воды вызвана образованием между ними водородных связей. В твердой воде (лед) атом кислорода каждой молекулы участвует в образовании двух водородных связей с соседними молекулами воды согласно схеме,
в которой водородные связи показаны пунктиром. Схема объемной структуры льда изображена на рисунке. Образование водородных связей приводит к такому расположению молекул воды, при котором они соприкасаются друг с другом своими разноименными полюсами. Молекулы образуют слои, причем каждая из них связана с тремя молекулами, принадлежащими к тому же слою, и с одной из соседнего слоя. Структура льда принадлежит к наименее плотным структурам, в ней существуют пустоты, размеры наименее плотным структурам, в ней существуют пустоты, размеры которых несколько превышают размеры молекулы H2O. При плавлении льда его структура разрушается. Но и в жидкой воде сохраняются водородные связи между молекулами: образуются ассоциаты как бы обломки структуры льда, состоящих из большего или меньшего числа молекул воды. Однако в отличит от льда каждый ассоциат существует очень короткое время: постоянно происходит разрушение одних и образование других агрегатов. В пустотах таких «ледяных» агрегатов могут размещаться одиночные молекулы воды; при этом упаковка молекул воды становится более плотной. Именно поэтому при плавлении льда объем, занимаемый водой, уменьшается, а ее плотность возрастает. По мере нагревания воды обломков структуры льда в ней становится все меньше, что приводит к дальнейшему повышению плотности воды. В интервале температур от 0 до 4°С этот эффект преобладает над тепловым расширением, так что плотность воды продолжает возрастать. Однако при нагревании выше 4°С преобладает влияние усиления теплового движения молекул и плотность воды уменьшается. Поэтому при 4°С вода обладает максимальной плотностью. При нагревании воды часть теплоты затрачивается на разрыв водородных связей (энергия разрыва водородной связи в воде составляет примерно 25 кДж/моль). Этим объясняется высокая теплоемкость воды. Водородные связи между молекулами воды полностью разрываются только при переходе воды в пар Молекула воды имеет угловое строение; входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два протона, а в вершине — ядро атома кислорода, Межъядерные расстояния О—Н близки к 0,1 нм, расстояние между ядрами атомов водорода равно примерно 0,15 нм. Из восьми электронов, составляющих внешний электронный слой атома кислорода в молекуле воды
Диаграмма состояния воды.
Диаграмма состояния (или фазовая диаграмма) представляет собой графическое изображение зависимости между величинами, характеризующими состояние системы, и фазовыми превращениями в системе (переход из твердого состояния в
жидкое, из жидкого в газообразной и т.д.). Диаграммы состояния широко применяются в химии. Для однокомпонентных систем обычно используются диаграммы состояния, показывающие зависимость фазовых превращений от температуры и давления; они называются диаграммами состояния в координатах Р — Т.На рисунке приведена в схематической форме (без строгого соблюдения масштаба) диаграмма состояния воды. Любой точке на диаграмме отвечают определенные значения температуры и давления
Диаграмма показывает те состояния воды, которые термодинамически устойчивы при определенных значениях температуры и давления. Она состоит из трех кривых, разграничивающих все возможные температуры и давления на три области, отвечающие льду, жидкости и пару.
Рассмотрим каждую из кривых более подробно. Начнем с кривой ОА, отделяющей область пара от области жидкого состояния. Представим себе цилиндр, из которого удален воздух, после чего в него введено некоторое количество чистой, свободной от растворенных веществ, в том числе от газов, воды; цилиндр снабжен поршнем, который закреплен в некотором положении. Через некоторое время часть воды испарится и над ее поверхностью будет находиться насыщенный пар. Можно измерить его давление и убедиться в том, что оно не изменяется с течением времени и не зависит от положения поршня. Если увеличить температуру всей системы и вновь измерить давление насыщенного пара, то окажется, что оно возросло. Повторяя такие измерения при различных температурах, найдем зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры. Кривая ОА представляет собой график этой зависимости: точки кривой показывают те пары значений температуры и давления, при которых жидкая вода и водяной пар находятся в равновесии друг с другом — сосуществуют. Кривая ОА называется кривой равновесия жидкость—пар или кривой кипения . В таблице приведены значения давления насыщенного водяного пара при нескольких температурах.
| Температура | Давление насыщенного пара | Температура | Давление насыщенного пара | ||
| °С | кПа | мм рт. ст. | | кПа | мм рт. ст. |
| 0 | 0,61 | 4,6 | 50 | 12,3 | 92,5 |
| 10 | 1,23 | 9,2 | 60 | 19,9 | 149 |
| 20 | 2,34 | 17,5 | 70 | 31,2 | 234 |
| 30 | 4,24 | 31,8 | 80 | 47.4 | 355 |
| 40 | 7,37 | 55,3 | 100 | 101,3 | 760 |
Попытаемся осуществить в цилиндре давление, отличное от равновесного, например, меньшее, чем равновесное. Для этого освободим поршень и поднимем его. В первый момент давление в цилиндре, действительно, упадет, но вскоре равновесие восстановится: испарится добавочно некоторое количество воды и давление вновь достигнет равновесного значения. Только тогда, когда вся вода испарится, можно осуществить давление, меньшее, чем равновесное. Отсюда следует, что точкам, лежащим на диаграмме состояния ниже или правее кривой ОА, отвечает область пара. Если пытаться создать давление, превышающее равновесное, то этого можно достичь, лишь опустив поршень до поверхности воды. Иначе говоря, точкам диаграммы, лежащим выше или левее кривой ОА, отвечает область жидкого состояния.
До каких пор простираются влево области жидкого и парообразного состояния? Наметим по одной точке в обеих областях и будем двигаться от них горизонтально влево. Этому движению точек на диаграмме отвечает охлаждение жидкости или пара при постоянном давлении. Известно, что если охлаждать воду при нормальном атмосферном давлении, то при достижении 0°С вода начнет замерзать. Проводя аналогичные опыты при других давлениях, придем к кривой ОС, отделяющей область жидкой воды от области льда. Эта кривая — кривая равновесия твердое состояние — жидкость, или кривая плавления, — показывает те пары значений температуры и давления, при которых лед и жидкая вода находятся в равновесии
Двигаясь по горизонтали влево в области пара (в нижнею части диаграммы), аналогичным образом придем к кривой 0В. Это—кривая равновесия твердое состояние—пар, или кривая сублимации. Ей отвечают те пары значений температуры к давления, при которых в равновесии находятся лед и водяной пар
Все три кривые пересекаются в точке О. Координаты этой точки—это единственная пара значений температуры и давления,. при которых в равновесии могут находиться все три фазы: лед, жидкая вода и пар. Она носит название тройной точки
Кривая плавления исследована до весьма высоких давлений, В этой области обнаружено несколько модификаций льда (на диаграмме не показаны)
Справа кривая кипения оканчивается в критической точке . При температуре, отвечающей этой точке, — критической температуре — величины, характеризующие физические свойства жидкости и пара, становятся одинаковыми, так что различие между жидким и парообразным состоянием исчезает
Существование критической температуры установил в
Критические температура и давление для различных веществ различны. Так, для водорода tкрит = -239,9 °С, pкрит= 1,30 МПа, для хлора tкрит =144°С, pкрит =7,71 МПа, для воды tкрит = 374,2 °С, pкрит = 22,12 МПа
Одной из особенностей воды, отличающих ее от других веществ, является понижение температуры плавления льда с ростом давления. Это обстоятельство отражается на диаграмме. Кривая плавления ОС на диаграмме состояния воды идет вверх влево, тогда как почти для всех других веществ она идет вверх вправо
Превращения, происходящие с водой при атмосферном давлении, отражаются на диаграмме точками или отрезками, расположенными на горизонтали, отвечающей 101,3 кПа (
Диаграммы состояния изучены для ряда веществ, имеющих научное или практическое значение. В принципе они подобны рассмотренной диаграмме состояния воды. Однако на диаграммах состояния различных веществ могут быть особенности. Так, известны вещества, тройная точка которых лежит при давлении, превышающем атмосферное. В этом случае нагревание кристаллов при атмосферном давлении приводит не к плавлению этого вещества, а к его сублимации - превращению твердой фазы непосредственно в газообразную
Тяжелая вода.
Вода, содержащая тяжелый водород называется тяжелой водой (обозначается формулой D2O). При электролизе обычной воды, содержащей наряду с молекулами H2O также незначительное количество молекул D2O, образованных тяжелым изотопом водорода, разложению подвергаются преимущественно молекулы Н2О. Поэтому при длительном электролизе воды остаток постепенно обогащается молекулами D2O. Из такого остатка после многократного повторения электролиза в
Как видно из сопоставления физических свойств, она отличается от обычной воды:
| | Н2О | D2О |
| Молекулярная масса | 18 | 20 |
| Температура кристаллизации, °С, | 0 | 3,8 |
| Температура кипения, °С, | 100 | 101,4 |
| Плотность при 20°С, г/см3 | 0,9982 | 1,1050 |
Химические реакции с тяжелой водой протекают значительно медленнее, чем с обычной водой. Поэтому она при длительном электролизе обычной воды накапливается в электролизере.
Тяжелая вода применяется в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах.
Химические свойства воды.
Н2О + Na2O = 2NaOH; 2H2O + Li = 2LiOH + H2
Н2О + SO2 = Н2SO3; 2H2O + Ca = Ca(OH)2 + H2
Вода образует многочисленные соединения – гидраты (кристаллогидраты).
Например:
H2SO4 + Н2О = H2SO4 • Н2О; 10H2O + Na2CO3 = Na2CO3 • 10H2O
Н2О + NaOH = NaOH • Н2О; 5Н2О + CuSO4 = CuSO4 • 5Н2О
Очевидно, соединения, связывающие воду, могут служить в качестве осушителей. Из других осушающих веществ можно указать Р2О5, CaO, ВаО, металлический Na (они тоже химически взаимодействуют с водой), а также силикагель.
К важным химическим свойствам воды относится се способность вступать в реакции гидролитического разложения.
Вода и здоровье.
Питьевая вода - важнейший фактор здоровья человека. Практически все ее источники подвергаются антропогенному и техногенному воздействию разной интенсивности. Санитарное состояние большей части открытых водоемов России в последние годы улучшилось из-за уменьшения сброса стоков промышленных предприятий, но все еще остается тревожным.
Наиболее сильно поверхностные воды загрязнены в бассейнах Волги, Дона, Иртыша, Невы, Северной Двины, Тобола, Томи и ряда других рек.
Данные свидетельствуют об ухудшении качества воды с
Волга и ее притоки, являющиеся источниками водоснабжения прибрежных городов и поселков, принимают на всем протяжении огромное количество загрязнений, с которыми естественные процессы самоочищения уже не справляются. Так, из-за сброса в Волгу стоков предприятий Нижегородской области и Татарстана резко снизилось качество воды в Ульяновской области.
Река Томь - основной источник питьевой воды в крупных городах Кемеровской области - сильно загрязнена стоками предприятий г. Кемерово. У водозабора г. Юрги отмечены повышенные концентрации аммиака, фенола, метанола и др.
Сильно загрязнены в Омской области Иртыш и Омь. ПДК здесь превышены по нефтепродуктам в 2-3, меди - 6-11, цинку - 2-5, железу - 3-7 (Омь), марганцу - 4-6 (Иртыш) и 16-20 (Омь) раз.
Несмотря на относительную защищенность подземных вод от загрязнений, благодаря чему их стремятся использовать для питьевого водоснабжения, к настоящему времени обнаружено около 1800 очагов их загрязнения, 78% которых - в европейской части страны. Наиболее значительные (площадь более 10 кв. км) выявлены в Мончегорске (Мурманская область), Череповце (Вологодская область), Балакове (Саратовская область), Каменске-Шахтинском (Ростовская область), Ангарске (Иркутская область) и др.
Централизованные системы водоснабжения имеют 1078 городов (99%), 1686 поселков городского типа (83%) и около 34 тыс. населенных пунктов (22%). При среднем потреблении воды в России
В стране 10 138 коммунальных и 53 506 ведомственных водопроводов, в том числе с водозабором из поверхностных водоемов соответственно 1036 и 1275. Они обеспечивают в основном крупные города и подают 68% водопроводной воды. Остальные питаются от подземных источников.
Из-за нехватки сооружений для очистки и обеззараживания воды на большинстве водопроводов с водозабором из открытых водоемов состояние источников централизованного водоснабжения в целом по стране крайне неблагополучное.
В ряде водозаборов обнаружены соли тяжелых металлов (ртути, свинца, кадмия) в концентрациях, превышающих ПДК, и возбудители инфекционных заболеваний.
На многих водопроводах с водозабором из поверхностных источников (34% - коммунальных и 49,3% - ведомственных) нет полного комплекса очистных сооружений, а на 18,1% и 35,1%, соответственно - обеззараживающих установок. Состояние ведомственных водопроводов еще хуже, особенно в Саратовской, Астраханской, Архангельской, Омской, Тюменской областях, Ставропольском, Красноярском и Приморском краях, Дагестане, Карачаево-Черкесии, Карелии.
Состояние источников питьевого водоснабжения, неудовлетворительные очистка и обеззараживание напрямую связаны с качеством питьевой воды, подаваемой потребителям. В целом по РФ 20,6% проб, взятых из водопровода, не отвечают гигиеническим требованиям к питьевой воде по санитарно-химическим показателям (15,9% - по органолептике, 2,1% - по минерализации, 2,1% - по токсическим веществам) и 10,6% - по микробиологическим.
Чаще всего низкое качество питьевой воды из централизованных систем водоснабжения связано с повышенным содержанием в ней железа и марганца. Избыток железа природного происхождения характерен для подземных вод в южной и центральной частях России, а также в Сибири. Кроме того, концентрация железа повышается при коррозии стальных и чугунных водопроводных труб. От этого страдает Санкт-Петербург, где коррозии способствует мягкая вода. По данным региональных органов санэпидемслужбы, около 50 млн человек, т. е. треть населения страны, пьют воду с повышенным содержанием железа. В Тульской области ПДК по железу нарушены в 3,7 раза, в Томской и Тюменской областях в 30% проб норматив по железу превышен в 5 раз.
Низкое качество питьевой воды сказывается на здоровье населения. Микробное загрязнение нередко служит причиной кишечных инфекций. Так, в
Санитарно-вирусологическое исследование воды из разных источников в Архангельской области показало, что вирусный гепатит А распространяется в основном "водным путем". В Кемеровской области в
В Челябинской области в ряде районов выявлена связь заболеваемости вирусным гепатитом А и дизентерией Флекснера с качеством их питьевой воды. Высокая заболеваемость вирусным гепатитом А в южных районах Омской области также обусловлена качеством питьевой воды: в
Исследование влияния питьевой воды на заболеваемость населения неинфекционными болезнями, проведенное в Ростовской области, выявило связь между ее высокой минерализацией и мочекаменной болезнью, повышенные показатели которой отмечены в Таганроге, Каменске, а также Азовском и Морозовском районах.
В Свердловской области обнаружена связь между содержанием хлорорганических соединений в питьевой воде 12 городов и онкологическими заболеваниями, спонтанными абортами, частотой мутаций в соматических клетках у детей. Выяснилось, что Екатеринбург остается одним из городов максимального риска как по загрязнению воды, так и по мутагенной и канцерогенной опасности. Кроме того, здесь выявлена мутагенная активность воды перед подачей ее в городскую сеть. Мутагенный риск от хлорированной питьевой воды, поступающей с одной из фильтровальных станций, подтвержден цитогенетическим исследованием детей, живущих в соответствующих микрорайонах города.
Во многих местах актуальна проблема фтора. Как известно, его биологическая роль различна в зависимости от концентрации в воде. Повышенное содержание фтора оказывает неблагоприятное влияние на костную, нервную и ферментативную системы организма, обусловливает поражение зубов (флюороз), а недостаток (менее 0,5 мг/л) влечет за собой кариес. Избыток фтора в подземных источниках Мордовии, Рязанской, Вологодской и других областях - причина высокого уровня флюороза.
В Саранске он обнаружен у 72,1% детей старшего школьного возраста. Недостаток фтора характерен для открытых водоемов северных территорий, особенно в Архангельской, Ленинградской областях, Республике Коми, а также в Краснодарском крае и Кабардино-Балкарии, где вода из горных рек слабо минерализована. Заболеваемость кариесом здесь достигает 60% (в Республике Коми - до 90%).
Чтобы улучшить снабжение населения питьевой водой, санитарно-эпидемиологические органы совершенствуют санитарное законодательство и нормативную базу, устанавливающую критерии безопасности питьевой воды. Продолжается работа над проектом Закона РФ "О питьевой воде и питьевом водоснабжении". В ряде субъектов РФ (Башкортостан, Чувашия, Воронежская область) уже приняты законы "О питьевой воде". Подготовлена федеральная программа "Обеспечение населения России питьевой водой". В большей части субъектов РФ разработаны региональные программы по улучшению снабжения населения питьевой водой, кое-где такие программы в стадии подготовки (Башкортостан, Самарская, Новосибирская области и др.). С 1 января
Но сами по себе принятие законов, разработка программ, издание приказов и распоряжений при недостаточном финансировании не улучшат качество питьевой воды, а следовательно, и здоровье населения. Проблема по-прежнему ждет кардинальных решений. И каждый день этих ожиданий сопряжен с немалым риском для множества наших соотечественников.
Основные типы загрязнения.
Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения. Источниками загрязнения признаются объекты, с которых осуществляется сброс или иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающих качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов.
Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:
механическое
- повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;
химическое
- наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;
бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;
радиоактивное
- присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;
тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.
Основными источниками загрязнения и засорения водоемов является недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников, обработке и сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта; отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д. Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, привкусов и т.д.); в изменении химического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.
Сточные воды разделяют на три группы: фановые, или фекальные; хозяйственно-бытовые, включающие стоки от камбуза, душей, прачечных и др.; подсланевые, или нефтесодержащие.
Для фановых сточных вод характерно высокое бактериальное загрязнение, а также органическое загрязнение(химическое потребление кислорода достигает1500-2000мг/л.). объём этих вод сравнительно невелик.
Хозяйственно бытовые сточные воды характеризуются невысоким органическим загрязнением. Эти сточные воды обычно сбрасываются за борт судна по мере образования. Сброс их запрещён только в зоне санитарной охраны.
Подсланевые воды образуются в машинных отделениях судов. Они отличаются высоким содержанием нефтепродуктов.
Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов; их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды.
К первой группе относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и т.д., в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства воды.
Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели воды.
Загрязнение сточными водами в результате промышленного производства, а также коммунально-бытовыми стоками ведет к эвтрофикации водоемов – обогащению их питательными веществами, приводящему к чрезмерному развитию водорослей, и к гибели других водных экосистем с непроточной водой (озер, прудов), а иногда к заболачиванию местности.
Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.
На жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства. На рыбах и на их корме - беспозвоночных - неблагоприятно отражаются молевые сплавы. Из гниющей древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых мест.
Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. Это затрудняет процессы фотосинтеза в воде из-за прекращения доступа солнечных лучей, а также вызывает гибель растений и животных. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается количество кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека.
Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут.
Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1л и более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны и специальные резервуары.
Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек и озер болезнетворными бактериями и гельминтами. В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества.
Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями, которые попадают с полей вместе со струями дождевой и талой воды. В результате исследований, например, доказано, что инсектициды, содержащиеся в воде в виде суспензий, растворяются в нефтепродуктах, которыми загрязнены реки и озера. Это взаимодействие приводит к значительному ослаблению окислительных функций водных растений. Попадая в водоемы, пестициды накапливаются в планктоне, бентосе, рыбе, а по цепочке питания попадают в организм человека, действуя отрицательно как на отдельные органы, так и на организм в целом.
В связи с интенсификацией животноводства все более дают о себе знать стоки предприятий данной отрасли сельского хозяйства.
Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясомолочной, консервной и кондитерской промышленности, являются причиной органических загрязнений водоемов.
В сточных водах обычно около 60% веществ органического происхождения, к этой же категории органических относятся биологические (бактерии, вирусы, грибы, водоросли) загрязнения в коммунально-бытовых, медико-санитарных водах и отходах кожевенных и шерстомойных предприятий.
Серьёзной экологической проблемой является то, что обычным способом использования воды для поглощения тепла на тепловых электростанциях является прямая прокачка пресной озерной или речной воды через охладитель и затем возвращение её в естественные водоёмы без предварительного охлаждения. Для электростанции мощностью 1000 МВт требуется озеро площадью
Электростанции могут повышать температуру воды по сравнению с окружающей на 5-15 С. В естественных условиях при медленных повышениях или понижениях температур рыбы и другие водные организмы постепенно приспосабливаются к изменениям температуры окружающей среды. Но если в результате сброса в реки и озёра горячих стоков с промышленных предприятий быстро устанавливается новый температурный режим, времени для акклиматизации не хватает, живые организмы получают тепловой шок и погибают.
Тепловой шок - это крайний результат теплового загрязнения. Результатом сброса в водоёмы нагретых стоков могут быть иные, более коварные последствия. Одним из них является влияние на процессы обмена веществ.
В результате повышения температуры воды содержание в ней кислорода падает, тогда как потребность в нём живых организмов возрастает. Возросшая потребность в кислороде, его нехватка вызывают жестокий физиологический стресс и даже смерть. Искусственное подогревание воды может существенно изменить и поведение рыб - вызвать несвоевременный нерест, нарушить миграцию
Повышение температуры воды способно нарушить структуру растительного мира водоёмов. Характерные для холодной воды водоросли заменяются более теплолюбивыми и, наконец, при высоких температурах полностью ими вытесняются, при этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей - так называемого “цветения воды”. Все перечисленные выше последствия теплового загрязнения водоёмов наносят огромный вред природным экосистемам и приводят к пагубному изменению среды обитания человека. Ущербы, образовавшиеся в результате теплового загрязнения, можно разделить на: - экономические (потери вследствие снижения продуктивности водоёмов, затраты на ликвидацию последствий от загрязнения); социальные (эстетический ущерб от деградации ландшафтов); экологические (необратимые разрушения уникальных экосистем, исчезновение видов, генетический ущерб).
Загрязняются реки и во время сплава, при гидроэнергетическом строительстве, а с началом навигационного периода увеличивается загрязнение судами речного флота.
Мировое хозяйство сбрасывает в год 1500 куб. км сточных вод разной степени очистки, которые требуют 50-100-кратного разбавления для придания им естественных свойств и дальнейшего очищения в биосфере. При этом не учитываются воды сельскохозяйственных производств. Мировой речной сток ( 37,5-45 тыс. куб. км в год) недостаточен для необходимого разбавления сточных вод. Таким образом, в результате промышленной деятельности пресная вода перестала быть возобновляемым ресурсом.
Рассмотрим последовательно загрязнение океанов, морей, рек и озер, а также методы очистки сточных вод.
Загрязнение океанов и морей
Ежегодно в Мировой океан попадает более 10 млн. т нефти и до 20% его площади уже покрыты нефтяной пленкой. В первую очередь это связано с тем, что добыча нефти и газа в Мировом океане стала важнейшим компонентом нефтегазового комплекса. В 1993 году в океане добыто 850 млн. т нефти (почти 30% мировой добычи). В мире пробурено около 2500 скважин, из них 800 в США, 540 – в Юго-Восточной Азии, 400 – в Северном море, 150 – в Персидском заливе. Эти скважины пробурены на глубинах до
Загрязнение гидросферы водным транспортом происходит по двум каналам. Во-первых, морские и речные суда загрязняют ее отходами, получаемыми в результате эксплуатационной деятельности, и, во-вторых, выбросами в случае аварий токсичных грузов, большей частью нефти и нефтепродуктов. Энергетические установки судов (в основном дизельные двигатели) постоянно загрязняют атмосферу, откуда токсичные вещества частично или почти полностью попадают в воды рек, морей и океанов.
Нефть и нефтепродукты являются главными загрязнителями водного бассейна. На танкерах, перевозящих нефть и ее производные, перед каждой очередной загрузкой, как правило, промываются емкости (танки) для удаления остатков ранее перевезенного груза. Промывочная вода, а с ней и остатки груза обычно сбрасываются за борт. Кроме того, после доставки нефтегрузов в порты назначения танкеры чаще всего направляются к пункту новой погрузки порожними. В этом случае для обеспечения надлежащей осадки и безопасности плавания танки судна наполняются балластной водой. Эта вода загрязняется нефтяными остатками, а перед погрузкой нефти и нефтепродуктов выливается в море. Из общего грузооборота мирового морского флота в настоящее время 49% падает на нефть и ее производные. Ежегодно около 6000 танкеров международных флотилий транспортируют 3 млрд. т нефти. По мере роста перевозок нефтегрузов все большее количество нефти стало попадать в океан при авариях.
Огромный ущерб океану нанесло крушение американского супертанкера «Торри Каньон» у юго-западного побережья Англии в марте 1967 года: 120 тысяч т нефти вылилось на воду и было подожжено зажигательными бомбами с самолетов. Нефть горела несколько дней. Были загрязнены пляжи и побережья Англии и Франции.
За десятилетие после катастрофы танкера «Торри Канон» в морях и океанах погибло более 750 крупных танкеров. Большинство этих крушений сопровождалось массовыми выбросами нефти и нефтепродуктов в море. В 1978 году у французских берегов снова произошла катастрофа, еще более значительная по последствиям, чем в 1967 году. Здесь в шторм разбился американский супертанкер «Амоно Кодис». Из судна вылилось более 220 тыс т нефти, покрыв площадь 3,5 тыс. кв. км. Был нанесен огромный ущерб рыболовству, рыбоводству, устричным «плантациям», всем морским обитателям этого района. На протяжении
В 1989 году авария танкера «Валдиз» вблизи побережья Аляски стала крупнейшей экологической катастрофой подобного рода в истории США. Огромный, с полкилометра длиной, танкер сел на мель примерно в
Для предотвращения подобных катастроф разрабатываются двухкорпусные танкеры. При аварии, если будет поврежден один корпус, второй предотвратит попадание нефти в море.
Происходит загрязнение океана и другими видами отходов промышленности. Во все моря мира сброшено примерно 20 млрд. т мусора (1988 год). Подсчитано, что на 1 кв. км океана приходится в среднем 17 т отбросов. Зафиксировано, что за один день в Северное море было сброшено 98 тыс. т отбросов (1987 год).
Известный путешественник Тур Хейердал рассказывал, что когда он и его друзья плыли на плоту «Кон-Тики» в 1954 году, они не уставали любоваться чистотой океана, а во время плавания на папирусном судне «Ра-2» в 1969 году он и его спутники, «проснувшись утром, увидели океан настолько загрязненным, что некуда было окунуть зубную щетку. Из голубого Атлантический океан стал серо-зеленым и мутным, и повсюду плавали комки мазута величиной от булавочной головки до ломтя хлеба. В этой каше болтались пластиковые бутылки, будто мы попали в грязную гавань. Ничего подобного я не видел, когда сто одни сутки сидел в океане на бревнах «Кон-Тики». Мы воочию убедились, что люди отравляют важнейший источник жизни, могучий фильтр земного шара – Мировой океан».
До 2 млн. морских птиц и 100 тыс. морских животных, в том числе до 30 тыс. тюленей, ежегодно погибают, проглотив какие-либо пластмассовые изделия или запутавшись в обрывках сетей и тросов.
ФРГ, Бельгия, Голландия, Англия сбрасывали в Северное море ядовитые кислоты, в основном 18-20%-ную серную кислоту, тяжелые металлы с грунтом и осадками сточных вод, содержащими мышьяк и ртуть, а также углеводороды, в том числе ядовитый диоксин (1987 год). К тяжелым металлам относится ряд элементов, широко применяемых в промышленности: цинк, свинец, хром, медь, никель, кобальт, молибден и др. При попадании в организм большинство металлов очень трудно выводятся, имеют свойство постоянно накапливаться в тканях разных органов, и при превышении определенной пороговой концентрации наступает резкое отравление организма.
Три реки, впадающие в Северное море, Рейн, Маас и Эльба, ежегодно приносили 28 млн. т цинка, почти 11000 т свинца, 5600 т меди, а также 950 т мышьяка, кадмий, ртуть и 150 тыс. т нефти, 100 тыс. т фосфатов и даже радиоактивные отходы в разных количествах (данные на 1996 год). С судов ежегодно сбрасывалось 145 млн. т обычного мусора. Англия сбрасывала 5 млн. т канализационных стоков в год.
В результате добычи нефти из трубопроводов, связывающих нефтяные платформы с материком, каждый год в море вытекало около 30000 т нефтепродуктов. Последствия этого загрязнения нетрудно видеть. Целый ряд видов, которые некогда обитали в Северном море, в том числе лосось, осетр, устрицы, скаты и пикша, просто-напросто исчезли. Гибнут тюлени, другие обитатели этого моря нередко страдают от инфекционных заболеваний кожи, имеют деформированный скелет и злокачественные опухоли. Гибнет птица, питающаяся рыбой или отравившаяся морской водой. Наблюдалось цветение ядовитых водорослей, которое привело к уменьшению рыбных запасов (1988 год).
В Балтийском море в течение 1989 года погибли 17 тыс. тюленей. Проведенные исследования показали, что ткани погибших животных буквально пропитаны ртутью, которая попадала в их организм из воды. Биологи считают, что загрязнение воды привело к резкому ослаблению иммунной системы обитателей моря и их гибели от вирусных заболеваний.
Крупные разливы нефтепродуктов (тысячи тонн) происходят в Восточной Балтике один раз в 3-5 лет, мелкие (десятки тонн) – ежемесячно. Крупный разлив поражает экосистемы на акватории в несколько тысяч гектаров, мелкий – в несколько десятков гектаров. Балтийскому морю, проливу Скагеррак, Ирландскому морю угрожают выбросы иприта – химического отравляющего вещества, созданного Германией в годы Второй мировой войны и затопленного Германией, Великобританией и СССР в 40-е годы. Свои химические боеприпасы СССР топил в северных морях и на Дальнем Востоке, Великобритания – в Ирландском море.
В 1983 году вошла в силу международная Конвенция по предотвращению загрязнения морской среды. В 1984 году государства Балтийского бассейна подписали в Хельсинки Конвенцию по защите морской среды Балтийского моря. Это было первое международное соглашение на региональном уровне. В результате проведенной работы содержание нефтепродуктов в открытых водах Балтийского моря снизилось в 20 раз по сравнению с
В 1992 году министрами 12 государств и представителем Европейского Сообщества была подписана новая Конвенция по охране среды бассейна Балтийского моря.
Происходит загрязнение Адриатического и Средиземного морей. Только через реку По в Адриатическое море с предприятий промышленности и сельскохозяйственных ферм ежегодно попадает 30 тыс. т фосфора, 80 тыс. т азота, 60 тыс. т углеводорода, тысячи тонн свинца и хрома, 3 тыс. т цинка, 250 т мышьяка (1988 год).
Средиземному морю грозит участь превратиться в мусорную свалку, сточную яму трех континентов. Ежегодно в море попадает 60 тыс. т моющих веществ, 24 тыс. т хрома, тысячи тонн нитратов, применяемых в сельском хозяйстве. К тому же 85% вод, сбрасываемых из 120 крупных приморских городов, не очищаются (1989 год), а самоочищение (полное обновление вод) Средиземного моря осуществляется через Гибралтарский пролив за 80 лет.
Из-за загрязнений Аральское море с 1984 года полностью потеряло рыбохозяйственное значение. Его уникальная экосистема погибла.
Владельцы химического комбината «Тиссо» в городке Минамата на острове Кюсю (Япония) долгие годы сбрасывали в океан сточные воды, насыщенные ртутью. Прибрежные воды и рыба оказались отравленными, и с 50-х годов 1200 человек умерли, а 100000 получили отравление различной тяжести, в том числе психопаралитические заболевания.
Серьезную экологическую угрозу для жизни в Мировом океане и, следовательно, для человека представляет захоронение на морском дне радиоактивных отходов (РАО) и сброс в море жидких радиоактивных отходов (ЖРО). Западные страны (США, Великобритания, Франция, Германия, Италия и др.) СССР с 1946 года начали активно использовать океанские глубины для того, чтобы избавляться от РАО.
В 1959 году ВМС США затопили в
Наиболее тяжелая обстановка сложилась в Баренцевом и Карском морях вокруг ядерного полигона на Новой Земле. Там помимо бесчисленного количества контейнеров затоплено 17 реакторов, в том числе с ядерным топливом, несколько аварийных атомных подводных лодок, а также центральный отсек атомохода «Ленин» с тремя аварийными реакторами. Тихоокеанский флот СССР захоранивал ядерные отходы (в том числе 18 реакторов) в Японском и Охотском морях, в 10 местах недалеко от берегов Сахалина и Владивостока.
США и Япония сбрасывали отходы деятельности АЭС в Японское, Охотское море и Северный ледовитый океан.
Жидкие радиоактивные отходы СССР сливал в дальневосточных морях с 1966 года по 1991 год (в основном вблизи юго-восточной части Камчатки и в Японском море). Северный флот ежегодно сбрасывал в воду 10 тыс. куб. м ЖРО.
В 1972 году была подписана Лондонская конвенция, запрещающая сброс на дно морей и океанов радиоактивных и ядовитых химических отходов. К той конвенции присоединилась и наша страна. Военные корабли, в соответствии с международным правом, в разрешении на сброс не нуждаются. В 1993 году запрещен сброс ЖРО в море.
В 1982 году 3-я Конференция ООН по морскому праву приняла конвенцию по мирному использованию Мирового океана в интересах всех стран и народов, которая содержит около тысячи международно-правовых норм, регламентирующих все основные вопросы использования ресурсов океана.
Загрязнение рек и озер.
Большое количество сточных вод, нефтепродуктов и даже жидкие радиоактивные отходы поступают в реки и озера различных регионов мира.
Когда в 1969 году в Кливленде (США) вспыхнула насыщенная нефтью река Кайяхога, впадающая в Великие озера, она сразу же стала зримым символом экологического бедствия, порожденного многолетним сбросом отходов коммунальных служб и промышленных предприятий, расположенных на побережье Великих озер.
Если к самим Великим озерам, содержащим 90% пресной воды США, перестали относиться как к гигантской выгребной яме, то на дно почти четырех десятков заливов, бухт и устьев рек все еще оседают отбросы, попадающие в верховья рек из близлежащих городов и фермерских хозяйств, а также разрешенные к захоронению химические вещества.
В начале 80-х годов американско-канадская комиссия зарегистрировала на Великих озерах 42 района, вызывающих тревогу. Прежние захоронения токсичных веществ привели здесь к концентрации ядовитых донных отложений. США и Канада обязались заняться очисткой этих ядовитых «горячих точек». Однако наступление на столь загрязненные в технологическом плане озера оказалось настоящим кошмаром. Оно обойдется, по-видимому, в десятки миллиардов долларов и завершится в ХХI веке.
Особую угрозу представляют пестициды. Попав в озера, они быстро рассеиваются и практически не угрожают 35 млн. американцев и канадцев, пользующихся озерной питьевой водой. Но, двигаясь по пищевой цепочке, ядохимикаты достигают высокой степени концентрации. По мнению некоторых ученых, в 1991 году она была такова, что обед из озерной форели содержал в себе больше ядовитых веществ, чем вся вода, которую человек выпивает за свою жизнь и в которой обитала эта форель. Около 40% водных ресурсов США непригодны для питья, а 34 реки и озера настолько загрязнены, что в них нельзя ни купаться, ни ловить рыбу (1994 год). На очистку источников воды США требуется 400 млрд. долларов (данные на 1993 год).
Вдоль всего русла Рейна в 70-90-е годы было построено огромное множество очистительных сооружений, в которые вложено свыше 50 млрд. долларов. Качество воды стало постепенно улучшаться. Однако произошедший в ноябре 1986 года пожар на складах крупной химико-фармацевтической компании «Sandoz» в Швейцарии повлек выброс около 30 тонн пестицидов и продуктов окисления в воды Рейна, в результате чего в реке погибло почти все живое до города Карлсруэ. Тем не менее к 2000 году сброс промышленных и коммунальных стоков в Рейн уменьшился на 50-90%, а по ряду наиболее опасных соединений полностью прекращен. Качество воды в реке улучшилось настолько, что с 1990 года лосось и океаническая сельдь вернулись сюда.
В России из 60 куб. км сточных вод по меньшей мере треть попадает в окружающую среду без всякой очистки. Наиболее загрязнены водные источники юга России, а также Московской области. Из бассейна Кубани в 1991 году было забрано для производственных целей 80% годового стока, из Дона – 65%. Из Терека и Урала современное хозяйствование забирает в среднем 50% их стока. Больше половины забираемой воды возвращается в реки без очистки. Вода не успевает самоочищаться. Для того, чтобы вылечить реку после такой агрессии, необходимо разбавлять загрязненную воду чистой как минимум в соотношении 1:30. Этого не происходит.
В Неву каждый день попадает около 2000 тонн загрязняющих веществ. В Печоре по сему ее течению наблюдаются высокие концентрации фенола (из-за сплава леса), нефтепродуктов, соединений меди. В Северной Двине кроме фенола, нефтепродуктов и соединений меди находят еще соединения азота и отходы целлюлозно-бумажной промышленности. В Уральских реках Чусовой, Исети, Тагиле и Туре концентрации меди, никеля, хрома выше предельно допустимых норм в 5-20 раз. Енисей, Ангара и Лена загрязнены медью, цинком и фенолами. Обь на всем протяжении от истока до устья загрязнена нефтепродуктами и фенолом в концентрации от 5 до 17 ПДК.
Братское и Усть-Илимское водохранилища загрязнены сточными водами лесопромышленных комплексов (концентрации сероводорода и других веществ достигают сотен ПДК).
Воды Амура загрязнены медью и хромом (в 5-15 раз выше ПДК). В тяжелом экологическом положении находится Волга, на берегах которой живет 60 млн. человек и где производится 30% промышленной с сельскохозяйственной продукции. Водозабор из Волги равен 33% (данные на 1992 год). Объем загрязненных сточных вод, сбрасываемых в ее бассейн, составляет 37% общего их объема на территории России. В Волгу в 1989 году поступало 20 куб. км сточных вод. Если исходить из средненеобходимого для различных отраслей промышленности 30-кратного разбавления, то для доведения этих стоков до нормы понадобилось бы 600 куб. км чистой воды, а среднегодовой сток Волги – 250 куб. км. Ежегодно в Волгу, а затем в Каспийское море поступает 367 тыс. тонн органики, 13 тыс. т нефтепродуктов, 45 тыс. т азота, 20 тыс. т фосфора, что уже привело к резкому сокращению рыбных богатств Каспия и Волги. В 1990 году в Волге уже нельзя было встретить здоровую рыбу. Количество фенолов в волжской воде не территории Ярославской области превышает ПДК в 21 раз, в районе Астрахани – 5-12 ПДК. Содержание кадмия и свинца превышает нормы, допустимые с точки зрения употребления рыбы в пищу (1995 год). В 1998 году правительство РФ приняло программу «Возрождение Волги». В 1999-2010 годах предполагается коренное изменение состояние окружающей среды на Волге и ее притоках, восстановление природных компонентов бассейна.
В целом около половины населения России в 1994 году было вынуждено пользоваться водой, не соответствующей гигиеническим нормам и требованиям Государственного стандарта.
С конца 50-х годов идет борьба за спасение крупнейшего в мире пресноводного водохранилища – озера Байкал, признанного ЮНЕСКО достоянием человечества. Целлюлозно-бумажный комбинат на его берегу использует воду Байкала для производственного процесса и недостаточно очищенные воды сбрасывает в озеро. В 1992 году было сброшено 169 млн. куб. м неочищенных вод. Множество лет обсуждается вопрос о перепрофилировании комбината. Для этого перепрофилирования требуется 500 млн. долларов (1999 год).
Большую угрозу представляют жидкие радиоактивные отходы производства ядерного топлива и оружейного плутония.
В 1991 году стали известны последствия аварий, происходивших на химкомбинате «Маяк» около Челябинска, где с конца 40-х годов производился оружейный плутоний, а радиоактивные отходы сливались в речку Теча. В 1951 году произошла авария, было облучено 124 тыс. человек, а 28 тыс. получили дозы до 170 бэр (Бэр – биологический эквивалент рентгена. Доза в 100 бэр приводит к хронической лучевой болезни.).В 1957 году взорвалась одна из емкостей с жидкими отходами, выбросив в воздух почти половину чернобыльской дозы. Радиоактивное облако покрыло 23 тыс. кв. км, где проживали 270 тыс. человек. В Челябинской, Свердловской и Курганской областях было облучено 450 тыс. человек, а 2,5 чернобыльских дозы заключено в отходах, сброшенных в озеро Карачай, и в водной линзе под ним, которые могут влиться в реки обского стока, и вызвать экологическую катастрофу в Западной Сибири до Ледовитого океана.
Почти 20 чернобыльских доз заключено в емкостях вроде той, что взорвалась в 1957 году. Есть еще 200 могильников с 500 тыс т твердых отходов и полмиллиардом кубических метров радиоактивной воды в системе искусственных водоемов в верховьях Течи (данные 1991 года).
Чернобыльская катастрофа 1986 года привела к радиоактивному загрязнению вод Припяти, Днепра и других рек. Радиоактивные вещества в воде концентрируются микроорганизмами, планктоном и рыбой, а затем по пищевой цепи передаются другим животным и человеку. Это явление называют биоаккумуляцией. Установлено, что радиоактивность рыбы в тысячи раз выше, чем воды, в которой она живет.
В 1996 году 20 стран Европы договорились объединенными усилиями бороться за сокращение вредных выбросов в общие реки и озера. Договор охватывает 150 рек и 20 озер, в том числе Урал и Днепр, Аральское море. Многие источники воды в Европе загрязнены пестицидами и удобрениями, а некоторые, особенно в Восточной Европе, содержат опасные концентрации тяжелых металлов (включая кадмий) и даже мышьяк.
Питьевая вода.
Всемирная организация здравоохранения предупреждает, что 80% заболеваний на планете вызваны потреблением некачественной питьевой воды. Проблема чистой воды стоит перед многими странами. Каждый пятый американец в 1991 оду ил воду, загрязненную токсичными веществами (50 млн. человек). Каждый год в США из-за употребления неочищенной воды заболевают около 900 тыс. человек. Конгресс США утвердил создание фонда для модернизации 55 тыс. коммунальных систем водоснабжения с целью выполнения здравоохранительных стандартов по питьевой воде, защиты систем водоснабжения от микробиологических загрязнений и предотвращения ее загрязнения свинцом, нитратами и другими вредными веществами.
Практически все поверхностные источники водоснабжения в последние годы подвергаются воздействию вредных антропогенных загрязнений, особенно такие реки, как Волга, Дон, Северная Двина, Уфа, Тобол, Томь и другие реки Сибири и Дальнего Востока. 70% поверхностных вод и 30% подземных потеряли питьевое значение и перешли в категории загрязненности – «условно чистая» и «грязная». Практически 70% населения РФ употребляют воду, не соответствующую ГОСТу «Вода питьевая».
В России каждая пятая проба водопроводной воды не соответствует санитарно-химическим нормам, каждая восьмая – микробиологическим, а 90% питьевой воды в стране не соответствует рекомендуемым санитарным нормам, химическим и микробиологическим стандартам. Эту воду используют 70% городов и населенных пунктов. Больше всего нам портит жизнь хлор, используемый для дезинфекции воды. Хотя вначале он спасает от инфекций, однако потом его производные начинают медленно убивать нас, так как обладают канцерогенным, мутагенным эффектом, влияют на наследственность. По данным американских исследований, у людей, постоянно употребляющих хлорированную воду, вероятность рака мочевого пузыря на 21% и рака прямой кишки на 38% выше, чем у тех, кто пьет очищенную, но нехлорированную воду.
Тем не менее, в США хлорируется 75% воды (1993 год).
В Японии воду очищают с помощью озона, хотя один из его недостатков состоит в том, что он не обладает долговременным действием соединений хлора. Поэтому перед употреблением водопроводную воду надо очищать. Для освобождения от хлора воду целесообразно отстаивать (от нескольких часов до суток). Для освобождения от микробов и хлора воду необходимо кипятить не более 1-3 мин. Сырую воду можно пить только в крайних случаях. Нежелательно использовать для приготовления пищи горячую водопроводную воду: горячая вода химически более агрессивна, и это может приводить к выщелачиванию тяжелых металлов из водопроводных труб. Тяжелые металлы накапливаются в жизненно важных органах человека, вызывая со временем их заболевания.
В последнее время стали использоваться различные бытовые фильтры для доочистки воды. Фильтр должен удалять микробы, хлор и его производные, тяжелые металлы, нефтепродукты, нитраты и нитриты, пестициды. Однако опасно и вторичное загрязнение воды микроорганизмами, осевшими на самом фильтре.
Приблизительно 70% европейцев предпочитают держать на кухне фильтры-кувшины. Каждая вторая американская семья устанавливает фильтры прямо на кухонный кран с переключателем: вода для приготовления пищи идет через фильтр, для мытья – минуя его. Как уже отмечалось, для питания каждого человека требуется примерно
Японцы и американцы переходят сейчас на электрохимические фильтры. Таким фильтром является российско-английский фильтр «Изумруд». Принцип его действия основан на химической реакции, проходящей под воздействием сильного электрического поля в присутствии катализатора. В результате вода полностью очищается от микроорганизмов, органических соединений и ионов тяжелых металлов. Удается даже снизить концентрацию минеральных солей, что практически недостижимо при любом другом способе очистки. Эти фильтры вечные, в них нет расходуемых материалов, однако нужна электроэнергия.
Хорошо зарекомендовал себя отечественный фильтр «Аквафор», выполненный в виде насадки на кран. В этом фильтре глубокая очистка воды достигается за счет использования «Аквалена» – сорбента нового поколения. Это вещество применяется в медицине для очистки крови. Фильтр эффективно противодействует любым загрязнениям: бактериальным, тяжелым металлам, фенолу, хлороформу, бензопирену. Его можно с одинаковым успехом использовать в любом регионе, а также на даче, в походе, в деловой поездке. Ресурс сменного картриджа –
Загрязнение подземных вод.
Подземные воды (особенно верхних, неглубоко залегающих, водоносных горизонтов) вслед за другими элементами окружающей среды испытывают загрязняющее влияние хозяйственной деятельности человека. Подземные воды страдают от загрязнений нефтяных промыслов, предприятий горнодобывающей промышленности, полей фильтрации, шламонакопителей и отвалов металлургических заводов, хранилищ химических отходов и удобрений, свалок, животноводческих комплексов, не канализированных населенных пунктов.
Происходит ухудшение качества воды в результате подтягивания некондиционных природных вод при нарушении режима эксплуатации водозаборов. Площади очагов загрязнения подземных вод достигают сотен квадратных километров.
В Российской Федерации выявлено около 1200 очагов загрязнения подземных вод, из которых 86% расположены в европейской части. Ухудшение качества воды отмечено в 76 городах и поселках, на 175 водозаборах. Многие подземные источники, особенно обеспечивающие крупные города Центрального, Центрально-Ченоземного, Северо-Кавказского и других районов, сильно истощены, о чем свидетельствует снижение санитарного уровня воды, местами достигающее десятков метров.
Суммарный расход загрязненных вод на водозаборах составляет 5-6% от общего количества подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения.
На территории России обнаружено около 500 участков, где подземные воды загрязнены сульфатами, хлоридами, соединениями азота, меди, цинка, свинца, кадмия, ртути, уровни содержания которых в десятки раз превышают ПДК.
Перечень веществ контролируемых в подземных водах не регламентирован, поэтому нельзя составить точную картину о загрязнении подземных вод.
Актуальность проблемы загрязнения водоемов.
В настоящее время проблема загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод и т.д.) является наиболее актуальной, т.к. всем известно выражение - «вода - это жизнь». Без воды человек не может прожить более трех суток, но, даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами.
Вода составляет большую часть любых организмов, как растительных, так и животных, в частности, у человека на её долю приходится 60-80% массы тела. Вода является средой обитания многих организмов, определяет климат и изменение погоды, способствует очищению атмосферы от вредных веществ, растворяет, выщелачивает горные породы и минералы и транспортирует их из одних мест в другие и т.д. Для человека вода имеет важное производственное значение: она и транспортный путь, и источник энергии, и сырье для получения продукции, и охладитель двигателей, и очиститель и т.д.
Основная масса воды сосредоточена в океанах. Испаряющаяся с его поверхности вода дает живительную влагу естественным и искусственным экосистемам суши. Чем ближе район к океану, тем больше там выпадает осадков. Суша постоянно возвращает воду океану, часть воды испаряется, особенно лесами, часть собирается реками, в которые поступают дождевые и снеговые воды. Обмен влагой между океаном и сушей требует очень большого количества энергии: на это затрачивается до 1/3 того, что Земля получает от Солнца.
Цикл воды в биосфере до развития цивилизации был равновесным, океан получал от рек столько воды, сколько расходовал при её испарении. Если не менялся климат, то не мелели реки и не снижался уровень воды в озёрах. С развитием цивилизации этот цикл стал нарушаться, в результате полива сельскохозяйственных культур увеличилось испарение с суши. Реки южных районов обмелели, загрязнение океанов и появление на его поверхности нефтяной плёнки уменьшило количество воды, испаряемой океаном. Всё это ухудшает водоснабжение биосферы. Более частыми становятся засухи, возникают очаги экологических бедствий, например, многолетняя катастрофическая засуха в зоне Сахеля.
Кроме того, и сама пресная вода, которая возвращается в океан и другие водоёмы с суши, часто загрязнена. Практически не пригодной для питья стала вода многих рек России.
Проблема сохранения качества воды является на данный момент самой актуальной. Науке известно более 2,5 тыс. загрязнителей природных вод. Это пагубно влияет на здоровье населения и ведет к гибели рыб, водоплавающих птиц и других животных, а также к гибели растительного мира водоёмов. При этом не только ядовитые химические и нефтяные загрязнения, избыток органических и минеральных веществ, поступающих со смывом удобрений с полей, опасны для водных экосистем. Очень важным аспектом загрязнения водного бассейна Земли является тепловое загрязнение, которое представляет собой сброс подогретой воды с промышленных предприятий и тепловых электростанций в реки и озера.
Сегодня воды, пригодной для питья, промышленного производства и орошения, не хватает во многих районах мира. Нельзя не обращать внимания на эту проблему, т.к. на следующих поколениях скажутся все последствия антропогенного загрязнения воды. Уже сейчас из-за диоксинового загрязнения водоемов в России ежегодно погибает 20 тыс. человек. Примерно такое же число россиян ежегодно смертельно заболевает раком кожи в результате разрушения озонового слоя в стратосфере. Вследствие проживания в опасно отравленной среде обитания распространяются раковые и другие экологически зависимые заболевания различных органов. У половины новорожденных получивших даже незначительное дополнительное облучение на определенном этапе формирования плода в теле матери, обнаруживаются задержки умственного развития. Следовательно, эту проблему надо решать как можно скорее и радикально пересмотреть проблему очищения промышленных сбросов.
Спуск сточных вод в водоемы.
Количество сточных вод, выпускаемых в сточные объекты, определяется при помощи предельно допустимого сброса (ПДС). Под ПДС понимается масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте. Расчёт ПДС производится по наибольшим среднечасовым расходом сточных вод q (в м3/ч) фактического периода спуска сточных вод. Концентрация загрязнений S
’ст выражается в мг/л (г/м3), а ПДС - в г/ч. ПДС с учётом требований к составу и свойствам воды в водных объектах определяется для всех категорий водопользования как произведение:
Водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются окраска, привкусы, запахи); на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а на дне образуется осадок; изменяется химический состав воды (увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появляются токсичные вещества, уменьшается содержание кислорода, изменяется активная реакция среды и др.); изменяется качественный и количественный бактериальный состав, появляются болезнетворные бактерии. Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а часто и для технического водоснабжения; теряют рыбохозяйственное значение и т.д.
Общие условия выпуска сточных вод любой категории в поверхностные водоемы определяются народнохозяйственной их значимостью и характером водопользования. После выпуска сточных вод допускается некоторое ухудшение качества воды в водоемах, однако это не должно заметно отражаться на его жизни и на возможности дальнейшего использования водоема в качестве источника водоснабжения, для культурных и спортивных мероприятий, рыбохозяйственных целей.
Наблюдение за выполнением условий спуска производственных сточных вод в водоемы осуществляется санитарно-эпидемиологическими станциями и бассейновыми управлениями.
Нормативы качества воды водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования устанавливают качество воды для водоемов по двум видам водопользования: к первому виду относятся участки водоемов, используемые в качестве источника для централизованного или нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности; ко второму виду - участки водоемов, используемые для купания, спорта и отдыха населения, а также находящиеся в черте населенных пунктов.
Отнесение водоемов к тому или иному виду водопользования проводится органами Государственного санитарного надзора с учетом перспектив использования водоемов.
Приведенные в правилах нормативы качества воды водоемов относятся к створам, расположенным на проточных водоемах на
Большое внимание уделяется вопросам предупреждения и устранения загрязнений прибрежных районов морей. Нормативы качества морской воды, которые должны быть обеспечены при спуске сточных вод, относятся к району водопользования в отведенных границах и к створам на расстоянии
Поступающие в реки, озера, водохранилища и моря загрязняющие вещества вносят значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное состояние водных экологических систем. В результате процессов превращения загрязняющих водоемы веществ, протекающих под воздействием природных факторов, в водных источниках происходит полное или частичное восстановление их первоначальных свойств. При этом могут образовываться вторичные продукты распада загрязнений, оказывающих отрицательно влияние на качество воды.
Самоочищение воды водоемов - это совокупность взаимосвязанных гидродинамических, физико-химических, микробиологических и гидробиологических процессов, ведущих к восстановлению первоначального состояния водного объекта. В связи с тем, что в сточных водах промышленных предприятий могут содержаться специфические загрязнения, их спуск в городскую водоотводящую сеть ограничен рядом требований. Выпускаемые в водоотводящую сеть производственные сточные воды не должны: нарушать работу сетей и сооружений; оказывать разрушающего воздействия на материал труб и элементы очистных сооружений; содержать более 500мг/л взвешенных и всплывающих веществ; содержать вещества, способные засорять сети или отлагаться на стенках труб; содержать горючие примеси и растворенные газообразные вещества, способные образовывать взрывоопасные смеси; содержать вредные вещества, препятствующие биологической очистке сточных вод или сбросу в водоем; иметь температуру выше 40 С. Производственные сточные воды не удовлетворяющие этим требованиям, должны предварительно очищаться и лишь после этого сбрасываться в городскую водоотводящую сеть.
Защита от загрязнения.
Чтобы предотвратить загрязнение вод была создана статья УК РФ, определяющая наказание за загрязнение, засорение, истощение поверхностных или подземных вод.
Статья 250 УК РФ Загрязнение вод
Загрязнение, засорение, истощение поверхностных или подземных вод, источников питьевого водоснабжения либо иное изменение их природных свойств, если эти деяния повлекли причинение существенного вреда животному или растительному миру, рыбным запасам, лесному или сельскому хозяйству, - наказываются штрафом в размере от ста до двухсот минимальных размеров оплаты труда или в размере заработной платы или иного дохода осужденного за период от одного до двух месяцев, либо лишением права занимать определенные должности или заниматься определенной деятельностью на срок до пяти лет, либо исправительными работами на срок до одного года, либо арестом на срок до трех месяцев.
Те же деяния, повлекшие причинение вреда здоровью человека или массовую гибель животных, а равно совершенные на территории заповедника или заказника либо в зоне экологического бедствия или в зоне чрезвычайной экологической ситуации, - наказываются штрафом в размере от двухсот до пятисот минимальных размеров оплаты труда или в размере заработной платы или иного дохода осужденного за период от двух до пяти месяцев, либо исправительными работами на срок от одного года до двух лет, либо лишением свободы на срок до трех лет.
Деяния, предусмотренные частями первой или второй настоящей статьи, повлекшие по неосторожности смерть человека, - наказываются лишением свободы на срок от двух до пяти лет.
Объектом рассматриваемого преступления являются общественные отношения в области охраны вод и экологическая безопасность. Предметом преступления являются поверхностные воды, в том числе поверхностные водотоки и водохранилища на них, поверхностные водоемы, ледники и снежинки, подземные воды (водоносный горизонт, бассейны, месторождение и естественный выход подземных вод).
Внутренние морские воды, территориальное море РФ, открытые воды Мирового океана к предмету данного преступления не относятся.
Объективная сторона преступления состоит в загрязнении, засорении, истощении либо ином изменении природных свойств указанных выше компонентов гидросферы неочищенными и не обезвреженными сточными водами, отходами и отбросами или токсичной либо агрессивной по отношению к качеству окружающей среды продукцией (нефтью, нефтепродуктами, химическими веществами) промышленных, сельскохозяйственных, коммунальных и других предприятий и организаций.
В соответствии со ст. 1 водного кодекса РФ, принятого Государственной Думой 18 октября 1995г., засорение водных объектов – сброс или поступление иным способом в водные объекты, а так же образование в них вредных веществ, которые ухудшают качество поверхностных и подземных вод, ограничивают использование либо негативно влияют на состояние дна и берегов таких объектов.
Засорение водных объектов – сброс или поступление иным способом в водные объекты предметов или взвешенных частиц, ухудшающих состояние и затрудняющих использование подобных объектов.
Истощение вод есть устойчивое сокращение запасов и ухудшение качества поверхностных и подземных вод.
Качество окружающей среды и её основных объектов, в том числе воды, определяется с помощью специальных нормативов – предельно допустимых концентраций вредных веществ (ПДК). Сбросы неочищенных сточных вод, отходов промышленного и сельскохозяйственного производства в реки, озёра, водохранилища, иные внутренние водоёмы резко повышают ПДК в водных источниках и тем самым существенно снижают их качество. Сброс – поступление вредных веществ в сточных водах в водный объект определяется ГОСТом.
Основные способы очистки вод от загрязнения.
Значение чистой воды для человека трудно переоценить. К сожалению, вода практически никогда не бывает чистой, то есть всегда содержит какие-то примеси и растворенные вещества. Она растворяет в себе огромное количество химических веществ, как органических, так и неорганических. Некоторые из них сами по себе возможно и не очень вредны для организма, но становятся вредными при контакте с другими. Другие же полезны, но сочетания могут приносить вред, в целом не сравнимый с пользой. Другая разновидность примесей - микроорганизмы, которые вызывают массу заболеваний: бактерии, вирусы, грибы, простейшие и т.д. Известно, что поступление в организм с питьевой водой веществ, в концентрациях выше предельно-допустимых, может вызвать необратимые изменения в работе важнейших систем жизнедеятельности человека.
Существуют различные методы очистки воды для приведения ее к норме. Рассмотрим наиболее распространенные из них:
Предварительная очистка воды.
Если в качестве источника водоснабжения для приготовления питьевой воды используются поверхностные и подземные воды, требуется проведение тщательной предварительной очистки, которая включает в себя:
• первичное отстаивание с применением или без применения реагентов, в зависимости от состава исходной воды.
• коагуляция (т.е. введение в обрабатываемую воду солей алюминия, железа или полиэлектролитов), для укрупнения взвешенных и коллоидных частиц и перевода их в фильтруемую форму.
• механическая очистка воды с помощью фильтрования. Очистка воды с помощью фильтрования применяется для самых различных целей. Для очистки воды, подаваемой из общественных водопроводных сетей, как правило, применяется тонкое фильтрование с использованием:
· фильтров обратной промывки (данный тип фильтров представляет собой сетчатые фильтры, очистка в которых происходит посредством осаждения механических загрязнений на сетке фильтра и при обратной промывке водой смываются в дренаж)
· или патронных фильтров (данный тип фильтров представляет собой колбу со сменным фильтрующим элементом – патроном (картриджем), по истечении срока службы которого, производится замена на новый фильтрующий элемент).
В качестве элементов очистки используют сетки и картриджи со степенью фильтрации от 5мкм до 1мм, в зависимости от уровня загрязнений. В технике подготовки воды из индивидуальных подземных или поверхностных источников водоснабжения наиболее широко применяют скорые напорные фильтры. В качестве фильтрующего материала в зависимости от целей фильтрации применяется кварцевый песок, антрацит, доломит.
Очистка воды от железа.
Решение проблемы очистки воды от железа представляется довольно сложной и комплексной задачей, в связи с этим вряд ли возможно установить какие-либо универсальные правила очистки.
Наиболее часто используемыми методами при очистке воды от железа являются:
• аэрация, т. е. Нагнетание воздуха и интенсивный процесс окисления в емкости. Расход воздуха для насыщения воды кислородом составляет около 30 л/м3.
• обработка воды сильными окислителями – озон, хлор, гипохлорит натрия, перманганат калия.
• фильтрование через модифицированную загрузку (пропускание воды через материалы для удаления железа, которые осуществляют не только очистку воды от окисленного железа (осадка), но и от растворенного железа с помощью химического взаимодействия).
Типичная картина, которая наблюдается при подъеме железистой воды из скважины, такова: вначале вода, выкачанная из скважины, абсолютно прозрачна и кажется чистой, но проходит несколько десятков минут и вода мутнеет, приобретая специфический желтоватый цвет. Через несколько часов муть начинает оседать, образуя рыхлый осадок. Процесс осаждения может длиться несколько дней. Скорость осаждения зависит от температуры и состава воды. Наличие железа можно определить и на вкус. Начиная с концентрации 1,0-1,5 мг/л вода имеет характерный неприятный металлический привкус. Игнорирование проблемы железа в воде оканчиваются плохо, и стоит дорого: потеря «белизны» ванн, отказ импортной бытовой техники, систем отопления и нагрева воды. В системе горячего водоснабжения проблемы, обусловленные повышенным содержанием железа, многократно возрастают. Уже при концентрации 0,5 мг/л идет интенсивное появление хлопьев, образующих рыхлый шлам, который забивает теплообменники, радиаторы, трубопроводы, сужает их проходное сечение.
Российские санитарные нормы ограничивают концентрацию железа в воде для хозяйственно-питьевых нужд в пределах 0,3 мг/л. В подземной же воде она колеблется в пределах от 0,5 до 20 мг/л. В Центральном регионе, включая Подмосковье - от 0,5 до 10 мг/л, наиболее часто 3-5 мг/л.
Все многообразие методов, применяемых в технологии очистки воды от железа, можно свести к двум основным типам – реагентные (для восстановления фильтрующих свойств загрузки используется дополнительный реагент) и безреагентные (для восстановления фильтрующих свойств загрузки используется промывка водой). Очистку от железа поверхностных вод можно осуществлять лишь реагентными методами, а в очистке от железа подземных вод распространение получили оба метода.
Очистка воды от солей жесткости.
С жесткой водой сталкивается каждый, достаточно вспомнить о накипи в чайнике. В жесткой воде хуже пенится стиральный порошок и мыло. Жесткая вода не годится при окрашивании тканей водорастворимыми красками, в пивоварении, производстве водки, негативно влияет на стабильность майонезов и соусов. Чай и кофе тоже лучше заваривать мягкой водой.
Жесткость воды определяется суммарным содержанием в ней растворенных солей кальция и магния. Гидрокарбонаты кальция и магния образуют карбонатную или временную жесткость воды, которая полностью устраняется при кипячении воды в течение часа. В процессе кипячения растворимые гидрокарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты, выпадающие в виде белого осадка или накипи, с выделением при этом углекислого газа. Соли же сильных кислот, например, сульфаты и хлориды кальция и магния - образуют некарбонатную или постоянную жесткость, не изменяющуюся при кипячении воды.
Жесткость пресных природных водоемов меняется в течение года, имея минимум в период паводка. Артезианская вода, как правило, более жесткая, чем вода из поверхностных источников. В Подмосковье жесткость артезианских вод меняется от 3 до 15-20 мг-экв/л в зависимости от места и глубины скважины.
Высокая гидрокарбонатная (временная) жесткость воды делает её непригодной для питания газовых и электрических паровых котлов и бойлеров. Стенки котлов постепенно покрываются слоем накипи. Слой накипи в
Снижение теплоотдачи ведет к увеличению расхода топлива или электроэнергии, что в свою очередь ведет к образованию прогаров, трещин на трубах и стенках котлов, выводя преждевременно из строя системы отопления и горячего водоснабжения.
В тех случаях, когда вода слишком жесткая и её необходимо умягчить, применяют следующие методы очистки воды:
• термический, основанный на нагревании воды,
• дистилляция или вымораживание
• реагентный
• ионообменный
• обратный осмос
• электродиализ
• и комбинированный, представляющего собой различные сочетания перечисленных методов.
Очистка воды обеззараживанием.
Обеззараживание питьевой воды имеет важное значение в общем цикле очистки воды и почти повсеместное применение, так как это последний барьер на пути передачи связанных с водой бактериальных и вирусных болезней. Обеззараживание воды является заключительным этапом подготовки воды питьевой кондиции. Использование для питья подземной и поверхностной воды в большинстве случаев невозможно без обеззараживания.
Обычными методами обеззараживания при очистке воды являются:
• хлорирование путем добавления хлора, диоксида хлора, гипохлорита натрия или кальция;
• озонирование воды;
• ультрафиолетовое облучение.
Другие способы обеззараживания (воздействие ионов благородных металлов, ультразвук, радиоактивное излучение) крайне редко применяются в централизованных системах водоснабжения.
Конкретный способ обеззараживания определяется с учетом производительности и затрат.
Очистка воды на активированном угле.
Очистка воды на активированном угле чаще всего применяется на одной из последних ступеней очистки и является одним из классических способов получения питьевой воды. Такую дополнительную очистку воды необходимо в тех случаях, когда требуется устранить незначительные нарушения показателей цветности, вкуса и запаха воды. Активные угли также используются для очистки муниципальной водопроводной воды от хлора и хлорсодержащих соединений.
Очистка воды обратным осмосом.
С помощью этого метода можно проводить глубокую очистку воды. При оптимальных значениях температуры и давления подаваемой воды, степень очистки воды обратным осмосом составляет 95-98%. Разделение воды и содержащихся в ней веществ достигается с помощью полупроницаемой мембраны. Сами мембраны изготавливаются из различных материалов, например, полиамида или ацетатцеллюлозы и выпускаются в виде полых волокон или рулонов. Через микроскопически малые поры этих мембран (размер порядка 0,0001 микрона), могут пройти только молекулы воды и кислорода, а микроорганизмы, растворенные в воде соли и органические соединения и т.п. задерживаются мембраной.
Степень очистки воды и связанная с этим производительность зависит от различных факторов, прежде всего от общего солесодержания сырой воды, а также солевого состава, давления и температуры.
На стадии предварительной очистки воды следует ее отфильтровать и при необходимости очистить от хлора. Особые преимущества обратного осмоса заключаются в его высокой экологической безопасности.
При очистке воды методом обратного осмоса получают питьевую воду наивысшего качества!
На практике при решении задачи получения чистой воды для бытовых или производственных нужд, требуется обязательное проведение анализа состава воды. И только после него можно говорить о выборе методов очистки воды и о количестве ступеней очистки, входящих в систему.
Способы очистки в бытовых условиях.
Для очистки воды в бытовых условиях люди используют разные способы. Однако далеко не все знают, как правильно их необходимо осуществлять и какой может при этом возникнуть побочный эффект.
Все способы очистки воды можно условно разделить на две группы: очистка без использования фильтров и очистка с использованием фильтров.
Очистка воды без использования фильтров.
Данный вариант наиболее распространен и доступен, поскольку для очистки воды не требуется приобретение дополнительных устройств, кроме как обычной кухонной посуды. К наиболее распространенным способам относятся:
¯ Кипячение
¯ Отстаивание
¯ Вымораживание
Кипячение.
Все мы с детства знаем, что сырую воду пить нельзя, но только кипяченую. Кипячение используют для уничтожения органики (вирусов, бактерий, микроорганизмов и др.), удаления хлора и других низкотемпературных газов (радон, аммиак и др.). Кипячение действительно помогает в некоторой степени очистить воду, однако данный процесс имеет ряд побочных эффектов. Первый - при кипячении изменяется структура воды, т.е. она становится "мертвой", поскольку происходит испарение кислорода. Чем больше мы кипятим воду, тем больше погибает в ней патогенов, но тем более она становится бесполезной для организма человека. Второе - поскольку при кипячении происходит испарение воды, то концентрация солей в ней увеличивается. Они отлагаются на стенках чайника в виде накипи и извести и попадают в организм человека при последующем потреблении воды из чайника.
Как известно, соли имеют тенденцию накапливаться в организме, что приводит к самым различным заболеваниям, начиная от болезней суставов, образованию камней в почках и окаменению (циррозу) печени, и заканчивая артериосклерозом, инфарктом и мн. др. Кроме того, многие вирусы могут легко перенести кипячение воды, поскольку для их уничтожения требуются намного более высокие температуры. Также заметим, что при кипячении воды удаляется только газообразный хлор. В лабораторных исследованиях был подтвержден тот факт, что после кипячения водопроводной воды образуется дополнительный хлороформ (вызывает раковые заболевания), даже если перед кипячением воды была освобождена от хлороформа продувкой инертным газом.
Вывод. После кипячения мы пьем "мертвую" воду, в которой присутствуют мелкая взвесь и механические частицы, соли тяжелых металлов, хлор и хлорорганика (хлороформ), вирусы и др.
Отстаивание.
Отстаивание используют для удаления из воды хлора. Как правило, для этого водопроводную воду наливают в большое ведро и оставляют в нем на несколько часов. Без перемешивания воды в ведре удаление газообразного хлора происходит примерно с 1/3 глубины от поверхности воды, поэтому для получения сколько-либо заметного эффекта необходимо следовать разработанным методикам отстаивания.
Вывод. Эффективность данного способа очистки воды оставляет желать лучшего. После отстаивания необходимо кипятить воду.
Вымораживание.
Данный способ применяют для эффективной очистки воды с помощью ее перекристаллизации. Данный способ намного эффективнее кипячения и даже перегонки, поскольку фенол, хлорфенолы и легкая хлорорганика (ряд хлорсодержащих соединений - страшнейший яд) перегоняются вместе с водяным паром (последнее дадим на заметку поклонникам дистиллированной воды).
Многие под данным способом понимают следующее: налить воду в посуду и поставить ее в холодильник до появления льда, после вынуть посуду из холодильника и разморозить ее для питья. Сразу заметим, что эффект очистки воды вышеприведенным способом равен нулю, поскольку вымораживание - очень сложный и долгий процесс, эффективность которого целиком зависит от точного следования разработанным методикам.
Данный способ основывается на химическом законе, согласно которому при замерзании жидкости сначала в наиболее холодном месте кристаллизуется основное вещество, а уж в последнюю очередь в наименее холодном месте затвердевает все, что было растворено в основном веществе. Данное явление можно наблюдать на примере свечи. В потухшей свече подальше от фитиля получается чистый прозрачный парафин, а в середине, где горел фитиль, собирается сажа и воск получается грязным). Этому закону подчиняются все жидкие вещества. Главное здесь - обеспечить медленное замораживание воды и вести его так, чтобы в одном месте сосуда его было больше, чем в другом. Поскольку данный способ занимает несколько страниц, то приводить его здесь не будем. (подробности Вы можете узнать из книги: Осторожно! Водопроводная вода! Ее химические загрязнения и способы доочистки в домашних условиях./ Скоробогатов Г.А., Калинин А.И. - СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2003.) Отметим лишь то, что приготовление воды методом вымораживания может длиться несколько часов с постоянным отслеживанием процесса. В противном случае эффективность резко снижается.
Нам доводилось тестировать воду, которую хозяйки несколько часов пытались приготовить методом вымораживания. Она была немного лучше водопроводной воды. Это еще раз подтверждает то, что вымораживание - непростой процесс, который имеет свои тонкости и далеко не все рекомендации здесь приводят к ожидаемому эффекту.
Очистка воды с использованием фильтров.
Для удаления вредных примесей из воды используют различные фильтры. В бытовых условиях широко используются различные кувшины и насадки на кран.
Очистка воды с помощью фильтрования применяется для самых различных целей. Для очистки воды, подаваемой из общественных водопроводных сетей, как правило, применяется тонкое фильтрование с использованием:
· фильтров обратной промывки (данный тип фильтров представляет собой сетчатые фильтры, очистка в которых происходит посредством осаждения механических загрязнений на сетке фильтра и при обратной промывке водой смываются в дренаж)
· или патронных фильтров (данный тип фильтров представляет собой колбу со сменным фильтрующим элементом – патроном (картриджем), по истечении срока службы которого, производится замена на новый фильтрующий элемент).
В качестве элементов очистки используют сетки и картриджи со степенью фильтрации от 5мкм до 1мм, в зависимости от уровня загрязнений. В технике подготовки воды из индивидуальных подземных или поверхностных источников водоснабжения наиболее широко применяют скорые напорные фильтры. В качестве фильтрующего материала в зависимости от целей фильтрации применяется кварцевый песок, антрацит, доломит.
Очистка воды от железа.
Решение проблемы очистки воды от железа представляется довольно сложной и комплексной задачей, в связи с этим вряд ли возможно установить какие-либо универсальные правила очистки.
Рассмотрев данные по анализу воды, полученной различными методами,
| Вода | S Сера | Сu Медь | Ti Титан | Al Алюминий |
| водопроводная дистиллированная деионизированная | 6 ·10-4 5 ·10-8 не обнаружено | 3 ·10-7 1 ·10-6 2 ·10-7 | 4· 10-8 1· 10-7 1 ·10-7 | 3 ·10-8 5· 10-6 1 ·10-6 |
| Вода | Ni Никель | Fe Железо | Mn Марганец | Mg Магний |
| водопроводная дистиллированная деионизированная | 5 ·10-8 8 ·10-7 3 ·10-7 | 4 ·10-6 1· 10-5 4 ·10-7 | 1· 10-6 3· 10-6 1· 10-7 | 5· 10-5 1· 10-5 7 ·10-7 |
| Вода | Pb Свинец | Cr Хром | Sn Олово | Sb Сурьма |
| водопроводная дистиллированная деионизированная | 2 ·10-6 2· 10-7 1 ·10-7 | 5 ·10-8 3· 10-6 4 ·10-8 | 5· 10-8 5 ·10-8 5· 10-8 | 5 ·10-8 5· 10-8 1· 10-8 |
| Вода | Ca Кальций | B Бор | P Фосфор | Сумма примесей |
| водопроводная дистиллированная деионизированная | 5 ·10-5 1 ·10-5 8· 10-6 | 1· 10-5 9 ·10-7 не обнаружено | 8· 10-7 3 ·10-7 не обнаружено | 6 ·10-4 7,5 ·10-5 9 ·10-6 |
Я сделала следующий вывод: Очистка вод от болезнетворных спор и бактерий может происходить только после первых двух или трех стадий очистки, это связано с тем, что выходной продукт из сточных вод - еще не питьевая вода .Для уничтожения болезнетворных бактерий может применяться только UV - дезинфекция, но результат будет отрицательный, если вода все еще будет иметь высокую степень загрязнения и, таким образом, будет сильно поглощать коротковолновый ультрафиолет.
Заключение.
Миру нужна устойчивая практика управления водными ресурсами, однако мы еще недостаточно быстрыми темпами движемся в правильном направлении. Китайская пословица гласит: "Если мы не изменим курс, то можем прийти туда, куда направляемся". Если не изменить направление движения, многие районы будут по-прежнему испытывать нехватку воды, многие люди будут по-прежнему страдать, будут продолжаться конфликты из-за воды и новые площади ценных сильно увлажненных земель будут уничтожены.
Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. В России широко осуществляются мероприятия по охране окружающей среды, в частности по очистке производственных сточных вод.
Темпы развития индустрии сегодня настолько высоки, что одноразовое использование для производственных нужд запасов пресной воды – недопустимая роскошь.
Поэтому ученые заняты разработкой новых бессточных технологий, что практически полностью решит проблему защиты водоемов от загрязнения. Однако разработка и внедрение безотходных технологий потребует определенного времени, до реального перехода всех производственных процессов на безотходную технологию еще далеко. Чтобы всемерно ускорить создание и внедрение в народнохозяйственную практику принципов и элементов безотходной технологии будущего, необходимо решить проблему замкнутого цикла водоснабжения промышленных предприятий. Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидировать сбрасываемые сточные воды в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.
В химической промышленности намечено более широкое внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов, дающих наибольший экологический эффект. Большое внимание уделяется повышению эффективности очистки производственных сточных вод.
Значительно уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения из сточных вод ценных примесей, сложность решения этих задач на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии технологических процессов и получаемых продуктов. Следует отметить также, что основное количество воды в отрасли расходуется на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70-90 % расходы воды в разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными являются разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего минимальное количество воды для охлаждения.
Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение. Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимической очисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач, связанных с очисткой производственных сточных вод.
В ближайшей перспективе намечается внедрение мембранных методов для очистки сточных вод.
На реализацию комплекса мер по охране водных ресурсов от загрязнения и истощения во всех развитых странах выделяются ассигнования, достигающие 2-4 % национального дохода ориентировочно, на примере США, относительные затраты составляют (в %) : охрана атмосферы 35,2 % , охрана водоемов - 48,0, ликвидация твердых отходов - 15,0, снижение шума -0,7, прочие 1,1. Как видно из примера, большая часть затрат - затраты на охрану водоемов, Расходы, связанные с получением коагулянтов и флокулянтов, частично могут быть снижены за счет более широкого использования для этих целей отходов производства различных отраслей промышленности, а также осадков, образующихся при очистке сточных вод, в особенности избыточного активного ила, который можно использовать в качестве флокулянта, точнее биофлокулянта. Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы.
Выводы:
Во время выполнения своей исследовательской работы я изучила роль воды в природе: нет более драгоценного ископаемого, чем вода, без которой жизнь невозможна. В настоящее время человечество использует 3,8 тыс. куб. км. Воды ежегодно, причем можно увеличить потребление максимум до 12 тыс. куб. км. При нынешних темпах роста потребления воды этого хватит на ближайшие 25-30 лет. Выкачивание грунтовых вод приводит к оседанию почвы и зданий (в Мехико и Бангкоке) и понижению уровней подземных вод на десятки метров (в Маниле).
Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.
Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой.
Я рассмотрела физические свойства воды, из которых выделила 3 уникальных:
¯ Аномально высокая теплоемкость [4,18 Дж/( кг×К)]. Благодаря этому в ночное время, а также при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем или при переходе от зимы к лету так же медленно нагревается.
¯ Вода является жидкостью при маленькой молекулярной массе – 18(для сравнения воздух – 29)
Это свидетельствует о том, что в жидкой воде происходит ассоциация молекул, т.е. соединение их в более сложные агрегаты. Такой вывод подтверждается и аномально высокими значениями температур плавления и кипения воды. Ассоциация молекул воды вызвана образованием между ними водородных связей.
¯ Плотность воды при переходе ее из твердого состояния в жидкое не уменьшается, как почти у всех других веществ, а возрастает.
Я изучила что такое тяжелая вода. Вода, содержащая тяжелый водород называется тяжелой водой (обозначается формулой
D2O
).
Я изучила диаграмму состояния воды. Диаграмма состояния (или фазовая диаграмма) представляет собой графическое изображение зависимости между величинами, характеризующими состояние системы, и фазовыми превращениями в системе (переход из твердого состояния в жидкое, из жидкого в газообразной и т.д.).
Диаграмма показывает те состояния воды, которые термодинамически устойчивы при определенных значениях температуры и давления. Она состоит из трех кривых, разграничивающих все возможные температуры и давления на три области, отвечающие льду, жидкости и пару.
Я изучила химические свойства воды. Вода — весьма реакционно способное вещество. При обычных условиях она взаимодействует со многими основными и кислотными оксидами, а также со щелочными и щелочноземельными металлами.
К важным химическим свойствам воды относится се способность вступать в реакции гидролитического разложения. Вода образует многочисленные соединения – гидраты (кристаллогидраты).
Я исследовала влияние воды на здоровье людей. Данные свидетельствуют об ухудшении качества воды с
Питьевая вода - важнейший фактор здоровья человека. Практически все ее источники подвергаются антропогенному и техногенному воздействию разной интенсивности. Санитарное состояние большей части открытых водоемов России в последние годы улучшилось из-за уменьшения сброса стоков промышленных предприятий, но все еще остается тревожным.
Я рассмотрела основные типы загрязнения воды.
Механическое
- повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;
химическое
- наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;
бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;
радиоактивное
- присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;
тепловое -
выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.
Я рассмотрела основные способы очистки воды. Среди бытовых способов наиболее часто используют кипячение, отстаивание, вымораживание и очистку воды на активированном угле. Но эффективнее всего способы очистки воды с использованием различных фильтров.
Список литературы.
Ø Хотунцев Ю.Л. «Человек, технологии, окружающая среда» Москва: Устойчивый мир,
Ø Алферова А.А., Нечаев А.П. «Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов» Москва: Стройиздат,
Ø Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. «Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде» Ленинград: Химия,
Ø «Охрана производственных сточных вод и утилизация осадков» Под редакцией Соколова В.Н. Москва: Стройиздат,
Ø Демина Т.А. «Экология, природопользование, охрана окружающей среды.» Москва, Аспект пресс, 1995.
Ø Жуков А.И., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. - М.: Химия, 1996. – 345 с.
Ø Петров К.М. Общая экология: Взаимодействие общества и природы: Учебное пособие для вузов. – 2-е изд., стер. – СПб: Химия, 1998. – 352 с., ил.
Ø Сергеев Е. М., Кофф. Г. Л. "Рациональное использование и охрана окружающей среды городов." -М.: Высшая школа, 1995г.
Ø Журнал "Экология и жизнь". Статья Г.Г. Онищенкова, Первого заместителя Министра здравоохранения РФ, главный государственный санитарный врач РФ
Ø Д. Э., Техника и производство. М., 1972г
Ø Хомченко Г. П., Химия для поступающих в ВУЗы. М., 1995г.
Ø Прокофьев М. А., Энциклопедический словарь юного химика. М., 1982г.
Ø Глинка Н. Л., Общая химия. Ленинград, 1984г.
Ø Ахметов Н. С., Неорганическая химия. Москва, 1992г.
