Охрана поверхностных вод

1. Значение воды в жизни живых организмов. Запасы воды на земном шаре. Распределение водных ресурсов. Неравномерность распределения.

2. Потребление воды промышленностью, сельским хозяйством. На хозяйственно-питьевые цели. Нерациональные расходы.

3. Источники загрязнения водоемов. Какие свойства поверхностных вод изменяются при спуске сточных вод.

4. Состав и свойства сточных вод.

5. Самоочищение водоёмов. Роль физических и биологических факторов в этом процессе.

6. Процессы смешения и разбавления сточных вод в водоёме. Коэффициент смешения и кратность разбавления.

7. Нормативы качества воды для водоёмов санитарно-бытового водопользования.

8. Правила спуска сточных вод в водоёмы. Предельно-допустимые сбросы (ПДС).

9. Учет вредного воздействия ряда веществ при одновременном их присутствии в воде водоёмов. Условия безвредности воды.

10. Методы очистки сточных вод.

11. Основные мероприятия по охране водных объектов.

1 . Значение воды в жизни живых организмов. Запасы воды на земном шаре. Распределение водных ресурсов. Неравномерность распределения. Значение воды в процессах жизнедеятельности определяется тем, что она является основной средой в клетке, где осуществляются процессы метаболизма, служит важнейшим исходным, промежуточным или конечным продуктом биохимических реакций. Особая роль воды для наземных организмов (особенно растений) заключается в необходимости постоянного пополнения ее из-за потерь при испарении. Поэтому вся эволюция наземных организмов шла в направлении приспособления к активному добыванию и экономному использованию влаги. Наконец, для многих видов растений, животных, грибов и микроорганизмов вода является непосредственной средой их обитания. 97,2 % воды на Земле принадлежит солёным океанам, морям и засоленным подземным водоёмам. Остальные 2,8% - это запасы пресной воды. На Земле она распределяется следующим образом: - 2,15% пресной воды заморожено в горных ледниках, айсбергах и ледовых панцирях Антарктиды и Арктики; - 0,001% пресной воды содержится в атмосфере; -  0,65% содержится там, откуда её может взять человек: в реках, пресных озёрах и родниках.

2. Потребление воды промышленностью, сельским хозяйством. На хозяйственно-питьевые цели. Нерациональные расходы. На долю сельского хозяйства приходиться более 2/3 мирового потребления воды, примерно 17% посевных площадей во всем мире являются орошаемыми. Сейчас в мире под посевные площади занято около 15млн. квад. км. Потребление воды промышленностью в настоящее время достигло огромных размеров. По оценкам специалистов, безвозвратное водопотребление составляло около 150 куб. км в год, то есть  1% устойчивого стока пресных вод. По расчетам, потребность в воде на Земле до 2000 года будет возрастать в среднем на 3,1% в год. В настоящее время люди ежегодно расходуют 3000 км пресной воды. Одним из главных потребителей воды является орошаемое земледелие - 190 м3/год. Чтобы вырастить 1 т. хлопка, требуется 4-5 тыс.м3 пресной воды, 1 т. риса - 8 тыс.м3 . При орошении большая часть воды расходуется безвозвратно. Водопотребление на орошение зависит от трех факторов: площадей полива, состава культур и техники полива. Коммунально-бытовое потреление воды превышает 20 км3/год.Уровень развития коммунального водоснабжения определяется двумя показателями: обеспеченностью населения централизированным водоснабжением и велечиной удельного водопотреблнения. Важной задачей является сокращение потребления водопроводной воды на технические нужды. Велики расходы воды в промышленности (около 90 км3/год). Для выплавки 1 т. стали требуется 200-250 м3 воды, 1 т. целлюлозы - 1300 м3,... Велики резервы экономии воды в промышленности за счет внедрения прогрессивных технологических процессов. Например, на старых нефтехимических заводах для переработки 1т. нефти расходуется 18-22 м3 воды, в то время, как на современных заводах с оборотным водоснабжением и системами воздушного охлаждения - около 0,12 м3/год. В настоящее время положение усугубляется тем, что после приватизации основного числа предприятий, в том числе и экологически грязных предприятий, новым хозяевам не хватает денег для постройки или модернизации очистных сооружений.

3. Источники загрязнения водоемов. Какие свойства поверхностных вод изменяются при спуске сточных вод. 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. 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.

4. Состав и свойства сточных вод. Многие сточные воды химических производств, кроме растворенных органических и неорганических веществ, могут содержать коллоидные примеси, а также взвешенные (грубо- и мелкодисперсные) вещества, плотность которых может быть больше или меньше плотности воды. В ряде случаев сточные воды содержат растворенные газы (сероводород и др.). Чаще всего сточные воды представляют собой сложные системы, содержащие смеси различных веществ.

Степень вредности сточных вод зависит от токсичности загрязняющих ее веществ. Такие примеси, как соли тяжелых металлов, сероводород, канцерогенные вещества и другие обуславливают высокую токсичность . Сточные воды могут содержать пожаро- и взрывоопасные вещества. Наличие большого количества взвешенных веществ, способных полимеризоваться в водном растворе может приводить к засорению трубопроводов и коллекторов. Часто сточные воды содержат вещества, обладающие резким неприятным запахом (сульфиды, сероводород). Многие сточные воды химических производств окрашены вследствие загрязнения красителями и другими веществами, имеющими окраску. Попадание бытовых вод в производственные приводит к биологическому загрязнению последних. Температура сточных вод может колебаться в различных пределах.

5. Самоочищение водоёмов. Роль физических и биологических факторов в этом процессе. Самоочищение представляет собой сложный комплекс физических, физико-химических, химических и биохимических явлений. Гидродинамические процессы смешения стока с водой водоема во многом определяют интенсивность самоочищения, так как понижают концентрацию загрязнений. К числу физических факторов самоочищения относятся также процессы осаждения нерастворимых примесей, поступающих в водоем со сточными водами. Физические явления осаждения тесно связаны с жизнедеятельностью гидробионтов — фильтраторов и седиментаторов. Они извлекают из воды огромные количества взвешенных веществ и выбрасывают непереваренный материал в виде фекальных комочков, легко оседающих на дно. Еще большее значение имеет процесс образования моллюсками псевдофекалий. Таким образом, гидробионты ускоряют процессы осаждения, способствуя очистке воды от взвешенных веществ иx осаждению их в донные отложения. В водоеме протекают и чисто химические реакции нейтрализации, гидролиза, окисления. Например, при самоочищении от ионов Fe, Mg, Al преобладающим процессом является реакция образования гидроксидов этих металлов с последующим их осаждением. Самоочищение от ионов тяжелых металлов происходит за счет целого ряда процессов: соосаждения с гидроксидами перечисленных выше металлов, сорбции ионов органическими коллоидами, образования сложных металлоорганических комплексов с гуминовыми кислотами. Доля участия каждого из этих процессов в удалении тяжелых металлов зависит от рН, окислительно-восстановительных условий в водоеме, концентрации металлов. В результате вода освобождается от тяжелых металлов, а в донных отложениях происходит их накопление. Изменение окислительно-восстановительных условий в донных осадках может привести к переходу ионов металлов в водный слой, т.е. к вторичному загрязнению воды

6. Процессы смешения и разбавления сточных вод в водоёме. Коэффициент смешения и кратность разбавления. Разбавление сточных вод — это процесс уменьшения концентрации примесей в водоемах, вызванный перемешиванием сточных вод с водной средой, в которую они выпускаются. Интенсивность процесса разбавления количественно характеризуется кратностью разбавления «А».

Для водоемов с направленным течением кратность разбавления опре­деляют по формуле:

m = (mQ_в + Q_v)/Q_v,

где Q_v — объемный расход сточных вод, сбрасываемых в водоем с объемным расходом воды Q_в;

m — коэффициент смешения, показывающий какая часть расхода воды в водоеме участвует в смешении.

Коэффициент смешения определяют по формуле:

где k = — коэффициент, характеризующий гидравлические ус­ловия смешения;

y - коэффициент, характеризующий место расположения выпуска сточных вод (для берегового выпуска y = 1, для выпуска в сечение русла y = 1,5);

j = L/Ln — коэффициент извилистости русла;

L — длина русла от сечения выпуска до расчетного створа;

Ln — расстояние между этими же параллельными сечениями в но­рмальном направлении;

D_Т — коэффициент турбулентной диффузии, определяемый по формуле Караушева:

D_T = gHw_x/Mc_ш,

где g — ускорение силы тяжести;

Н — средняя глубина русла по длине смешения;

w_x — средняя по сечению русла скорость течения реки на удалении L от места выпуска сточных вод;

С_ш — 40...44 м^0,5/с — коэффициент Шези;

М — функция коэффициента Шези, для воды М=22,3 м^0,5/с.

7. Нормативы качества воды для водоёмов санитарно-бытового водопользования.

2.1. Нормативы состава и свойств воды водных объектов, которые должны быть обеспечены при использовании их для хозяйственных различных целей, устанавливаются применительно к отдельным категориям водопользования.

К первой категории относится использование водного объекта в качестве источника централизованного или нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности.

Ко второй категории - использование водного объекта для культурно-бытовых целей населения, рекреации, спорта, а также использование водных объектов, находящихся в черте населенных пунктов.

2.2. Ближайшие к возможным источникам загрязнения пункты водопользования первой и второй категории определяются органами и учреждениями санитарно-эпидемиологической службы с обязательным учетом официальных данных о перспективах использования водного объекта для хозяйственно-питьевого водоснабжения и культурно-бытовых нужд населения.

2.3. Состав и свойства воды водных объектов должны соответствовать требованиям в створе, расположенном на водотоках в одном километре выше ближайших по течению пунктов водопользования (водозабор для хозяйственно-питьевого водоснабжения, места купания, организованного отдыха, территории населенного пункта и т. п.), а на непроточных водоемах и водохранилищах - в одном километре в обе стороны от пункта водопользования.

2.4. Состав и свойства воды водоема или водотока в пунктах питьевого и культурно-бытового водопользования ни по одному из показателей не должны превышать нормативы, приведенные в приложениях № 1 и 2. По СанПиН  4630-88

8. Правила спуска сточных вод в водоёмы. Предельно-допустимые сбросы (ПДС). В соответствии с ГОСТ 17. 1. 01. 77 (п.39) под предельно допустимым сбросом (ПДС) веществ в водный объект принимается масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения нормативного качества воды в контрольном пункте.

ПДС устанавливается с учетом предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в местах водопользования и ассимилирующей способности объекта. Величины нормативов Предельно допустимых сбросов (проект ПДС) определяются в соответствии с водным законодательством Российской Федерации и действующими нормативно-методическими документами.

Для разработки проекта Предельно допустимых сбросов (проект ПДС) проводится инвентаризация источников сбросов. На данном этапе определяются способы отведения сточных вод с территории, наличие ливневой канализации и очистных сооружений, пути отведения хозяйственно-бытовых сточных вод. Выявляются водоохранные ограничения в районе расположения исследуемого объекта (зоны санитарной охраны источников питьевого водоснабжения, водоохранные зоны водных объектов).

После искусственной полной или частичной очистки и дезинфекции сточные воды спускаются в водоемы. В воде водоемов содержится определенный запас растворенного кислорода, который может способствовать окислению органических веществ сточных вод. Эти запасы кислорода, расходуемые на биохимические процессы окисления органических веществ, восстанавливаются путем поглощения его из атмосферы водным зеркалом (реаэрации) и при усвоении водными растениями углерода из углекислоты. Наименьшие количества растворимого кислорода в воде водоемов бывают в жаркое время года, когда теплая вода теряет кислород, и зимой при отсутствии реаэрации из-за покрытия зеркала водоема льдом. Поэтому мощный водоем, имеющий большие количества воды и запасы кислорода в ней, обладает некоторой самоочищающей способностью.

Правильное использование этой способности самоочищения водоемов для очищения органических загрязнений сточных вод дает возможность снизить степень искусственной очистки сточных вод на очистных сооружениях перед сбросом в водоем и резко снизить стоимость обработки их без ухудшения качественного состояния воды водоема.

Многие предприятия спускали и некоторые продолжают спускать загрязненные сточные воды без надлежащей очистки, рассчитывая на самоочищающую способность (мощность) водоема. Вследствие этого изменились качества природных свойств воды многих водоемов в худшую сторону и этим исключилась возможность их нормального водоиспользования. В отдельных случаях спуск неочищенных стоков повлек к отравлению воды водоемов, засорению их иловыми отложениями, нефтепродуктами, красителями, что привело к гибели рыб.

С целью прекращения практики загрязнения водоемов Совет Министров СССР Постановлением № 425 от 22/1V-1960 г. «О мерах по упорядочению использования и усилению охраны водных ресурсов СССР» запретил спуск сточных вод в водоемы без согласования с органами Государственного санитарного надзора.

В соответствии с этим Постановлением Министерство Здравоохранения СССР 15/VII-1961 г. под № 372-61 г. ввело новые повышенные «Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами». По этим правилам степень и методы очистки сточных вод, а следовательно, и проекты строительства канализации предприятий и населенных пунктов должны быть согласованы с республиканскими органами «Охраны поверхностных и подземных вод».

9.Учет вредного воздействия ряда веществ при одновременном их присутствии в воде водоёмов. Условия безвредности воды. Важно соблюдать принцип гигиенического нормирования при одновременном присутствии в воде нескольких вредных веществ. Согласно этому принципу, вещества одного ЛПВ проявляют аддитивное действие. Это означает, что общее воздействие двух или нескольких веществ одного ЛПВ (содержащихся в предельно допустимой концентрации каждое) будет таким же, как если бы какое-нибудь из них, присутствуя в воде в единственном числе, содержалось в двух или нескольких ПДК. Данное положение в Правилах охраны поверхностных вод зафиксировано в следующей форме: при поступлении в водоем нескольких веществ с одинаковым ЛПВ сумма отношений этих концентраций каждого из веществ в расчетном створе к соответствующим ПДК не должна превышать единицы, т.е.

Вышеперечисленные состав и свойства воды водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования должны соответствовать нормативным требованиям в створе, расположенном на водотоках в одном километре выше близлежащего по течению пункта водопользования (водозабор для хозяйственно-питьевого водоснабжения, места купания, организованного отдыха, территория населенного пункта и т.д.). Показатели безвредности водыпо химическому составу определяются химическими веществами, которые могут негативно влиять на здоровье человека, вызывая развитие разнообразных болезней. Их делят на химические вещества природного происхождения; вещества, которые добавляют в воду в качестве реагентов; химические вещества, которые поступают в воду вследствие промышленного, сельскохозяйственного или бытового загрязнения источников водоснабжения.

10.Методы очистки сточных вод. Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения- сложное производство. В нем, как и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода)

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.

Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителями различных конструкций, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками и др. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых как ценные примеси, используются в производстве.

Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%.

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонко дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д. Широкое применение находит также электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях - электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других областях промышленности.