Водные ресурсы. Безопасное использование и охрана

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
О ГИДРОСФЕРЕ
Гидросфера – совокупность всех вод Земли: океанических, материковых (глубинных, почвенных, поверхностных), атмосферных

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДНЫХ МАСС В ГИДРОСФЕРЕ ЗЕМЛИ

ПРЕСНАЯ ВОДА

ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ КОНТИНЕНТОВ ПРЕСНОЙ ВОДОЙ

РОЛЬ ВОДЫ В ПРИРОДЕ И ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА
Является средой жизни
Формирует климат на планете
Необходима для фотосинтеза
Необходима для биохимических и биофизических процессов, обеспечивающих возможность жизни на Земле
Вода составляет до 90% массы растений и 75-95% массы животных
В составе тела человека 65% воды
Средняя потребность человека в воде 2,5 литра в сутки

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ
Цвет
Вкус
Запах
Прозрачность (мутность)
Сухой остаток
Окисляемость
Биохимическая потребность в кислороде (БПК)
Химическая потребность в кислороде (ХПК)
Жесткость
Общее солесодержание
Неорганические примеси
Органические примеси
Бактериологические и паразитологические показатели

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
Расход воды:
1 т пшеницы 1500 т
1 т риса 7000 т
1 т хлопка 10 000 т
1 т чугуна 50-150 т
1 т стали 250 т
1 т меди 500 т
1 т пластмасс 500-1000т
1 т бумаги 100 000 т

ВОДНАЯ ПРОБЛЕМА
Нехватка пресной воды
Увеличение потребностей в воде в связи с ростом народонаселения и развитием отраслей деятельности, требующих больших затрат водных ресурсов
Потери пресной воды вследствие сокращения водоносности рек
Ухудшение качества воды вследствие загрязнения водоемов промышленными и бытовыми стоками

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДЫ
РАСТВОРЕННЫЕ СОЛИ (кальция, магния, железа, калия, натрия, алюминия, карбонаты и гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, и др.)
РАСТВОРЕННЫЕ ГАЗЫ (кислород, диоксид углерода, метан, сероводород, диоксид серы и др.)
БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (азот и фосфор)
ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА (нефть и нефтепродукты, фенолы, пестициды, биогенная органика)
МИКРОЭЛЕМЕНТЫ (литий, барий, стронций, марганец, хром, тяжелые металлы
РАДИОНУКЛИДЫ
ВЗВЕШЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА
ПАТОГЕННЫЕ ОРГАНИЗМЫ

ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Промышленные сточные воды
Коммунальные сточные воды
Смыв с полей
Стоки животноводческих комплексов
Атмосферные воды
Захоронение в водоемах вредных веществ (в частности, радиоактивных отходов)

ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО:
Орошение (биофильные элементы – азот и фосфор, пестициды, удобрения, органические соединения и др.)
Животноводство (биогенная органика)
ПРОМЫШЛЕННОСТЬ:
Энергетика (получение пара, охлаждение энергоблоков)
Технологические процессы (сырье, растворитель, хладоагент, теплоноситель, для промывки материалов и изделий и др.)
СУДОХОДСТВО

ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Изменение качества воды
Изменения в водных экосистемах
Гибель водных организмов
Заболевания человека
Эвтрофикация водоемов

САМООЧИЩЕНИЕ ВОДОЕМОВ
Связано с круговоротом воды в природе
Обеспечивается совокупной деятельностью организмов, населяющих водоемы
Физические факторы: разбавление, растворение, перемешивание поступающих загрязнений, оседание нерастворимых частиц в процессе отстаивания
Обеззараживание воды под воздействием УФ излучения Солнца
Фильтрация планктоном

ЭВТРОФИКАЦИЯ ВОДОЕМОВ
Трофность – способность водоемов фотосинтезировать органическое вещество как основу кормовой базы для водных организмов
Эвтрофикация – повышение биологической продуктивности водоемов в результате накопления в воде биогенных веществ под воздействием естественных и главным образом антропогенных факторов. Сопровождается массовым развитием микроскопических планктонных водорослей – фитопланктона, и высшей водной растительности

ЭВТРОФИКАЦИЯ ВОДОЕМОВ
Причины антропогенного эвтрофирования – избыточное поступление в водоемы биогенных веществ (азота и фосфора)
Последствия:
Развитие сине-зеленых водорослей
Неприятный запах и вкус воды
Токсичные вещества
Гибель рыб
Зарастание, заболачивание водоемов
Снижение эстетических достоинств водоема

Колония цианобактерий (сине-зеленых водорослей)
Структура сине-зеленых бактерий
Цианобактерия Synechococcus в процессе деления. Этот микроб днем фотосинтезирует, а ночью фиксирует атмосферный азот (фото с сайта www.lbl.gov)
Слои сине-зеленых водорослей покрывают водоемы и могут быть токсичными для людей и животных
Фото: Bioremediate

Sinivetikate pinnakogumid Soome lahes 1997. aasta juulis
Foto: Inga Kanoshina, Eesti Mereinstituut

Проблема Балтийского моря
Ежегодно в Балтийское море сбрасывается около миллиона тонн азота и почти 40 тыс. тонн фосфора.
Основные загрязнители – бытовые сточные воды и сельское хозяйство (удобрения).
Самым большим загрязнителем среди прибалтийских государств является Польша с ее масштабным сельским хозяйством.
Сельскохозяйственная политика ЕС стимулирует развитие крупных агрокомбинатов, на которых используются искусственные минеральные удобрения.
Польша и страны Балтийского региона, получающие субсидии на развитие сельского хозяйства, в ближайшие годы могут удвоить общее количество азота, поступающего в море.
Шведское правительство собирается изменить сегодняшнее положение вещей – Стокгольм намерен предложить введение квот на сброс в море фосфора и азота. За образец будет взято ограничение выбросов углекислого газа в атмосферу.
Швеция предлагает установить на дне моря ветряки, перемешивающие воду, и выращивать мидий, интенсивно усваивающих из воды азот и фосфор.
ЭВТРОФИКАЦИЯ ВОДОЕМОВ

HELCOM
Основная цель Хельсинкской конвенции – защитить природную морскую окружающую среду Балтийского моря, восстановить и сохранить экологический баланс Балтийского моря, обеспечить рациональное использование его природных ресурсов.
1992 год
http://www.helcom.fi/
www.helcom.ru/

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ
Распространенные и очень токсичные загрязняющие вещества
Содержатся в промышленных сточных водах
Поступают в водоемы через атмосферу
Поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевым цепям более высокоорганизованным организмам

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ
СТЕПЕНЬ ТОКСИЧНОСТИ НЕКОТОРЫХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ ОСНОВНЫХ ГРУПП МОРСКИХ ОРГАНИЗМОВ
Степень токсичности: отсутствует +++ сильная
+ очень слабая ++++ очень сильная
++ слабая

Нефтяное загрязнение
ИСТОЧНИКИ
ПОСЛЕДСТВИЯ
Водный транспорт
Аварии на водном транспорте
Промывные воды нефтяных танкеров
Аварии на нефтяных вышках
Аварии на подводных нефтепроводах
Буровые воды и шлам
Смыв с суши
Выносы с речным стоком
Выходы нефти из грифонов на морском дне
Поверхность водоема покрывается тонкой нефтяной пленкой
Уменьшается газообмен с атмосферой
Падает первичная биологическая продуктивность водоема
Компоненты нефти - мутагены и канцерогены (бенз(а)пирен)
Гибель водных организмов
Гибель птиц
Загрязнение прибрежных территорий
Меняется отражательная способность воды (альбедо)
Осаждение тяжелых фракций на дно водоема

НЕФТЯНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ
Фото с сайта oilcapital.ru

Технологии очистки акваторий от нефтяного загрязнения
С помощью плавающих гидрофобных сорбентов-собирателей
Принципиальная схема судна-нефтесборщика:
1 — сорбент, насыщенный нефтью;
2 - судно;
3 — клапан;
4 — гравитационный сепаратор;
5 — емкость-наполнитель;
6—кассетный адсорбер;
7—сброс чистой воды;
8—насос;
9 — заборное устройство;
10 — подвижная переливная грань.
Механический способ (сбор вручную)

Технологии очистки акваторий от нефтяного загрязнения
С помощью биодеструкторов или биосорбентов (содержат нефтеокисляющие бактерии)
С помощью боновых заграждений

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ОД
Способы очистки:
Механические (процеживание, отстаивание, осветление, фильтрование)
Физико-химические (флотация, адсорбция, экстракция, обратный осмос)
Химические или реагентные (нейтрализация, окисление-восстановление)
Биологические или биохимические (аэробные, анаэробные)

в водоем

Процеживание: решетки и сита

Отстаивание: песколовки

Отстаивание: отстойники
Масло-жироуловитель
Вертикальный и радиальный отстойники

Биохимическая очистка
Аэробный процесс
С6Н12О6 +6О2 --> 6СО2 +6Н2О + микробная биомасса + тепло
Анаэробный процесс
С6Н12О6 --> 3СН4 + 3СО2 + микробная биомасса + тепло

Биохимическая очистка: аэротенки

Биохимическая очистка: аэротенки

Биохимическая очистка: радиальный отстойник

Фильтры для очистки воды

Биологические фильтры
Дозирующий бак
Сифон
Спринклер
Магистральная труба
Распределительные трубы
Дренаж из плиток
Каналы для входа воздуха в дренаж
Загрузка фильтра (щебень, насадка)
Канал для отвода очищенной воды
Фото с сайта http://2akva.ru/

Биофильтры
Фото с сайта http://2akva.ru/

Биофильтры
Биофильтр. Манагуа
Фото с сайта http://2akva.ru/

Поля фильтрации