91 Защита атмосферного воздуха от загрязнения

В настоящее время в ряде стран применяются прямые и косвенные методы защиты воздушного бассейна от загрязнения. Прямые методы предотвращения вредных выбросов состоят в очистке и улавливании дымовых и вентиляционных газов, в переходе на использование топлив, мало загрязняющих атмосферный воздух (природный газ, бессернистая нефть), в попытках создания небензиновых автомобильных двигателей и т. п.

Применение косвенных методов в общем не уменьшает количества промышленных выбросов, но зато обеспечивает значительное снижение концентраций вредных веществ в самом нижнем, жизнедеятельном слое атмосферы. Эти методы прежде всего связаны с увеличением высоты источников выброса (дымовых труб) и использованием физических закономерностей рассеивания примесей в воздухе. Они основаны на изучении атмосферной диффузии, а также на рациональном учете метеорологических условий при проектировании и эксплуатации различных предприятий.

Многие города, насчитывающие более миллиона жителей, испытывают вредное воздействие шума и загрязненного воздуха.

Особенно большое внимание охране атмосферного воздуха и восстановлению его чистоты уделяется в СССР. Благодаря этому за последние годы значительно уменьшилось загрязнение атмосферы в Москве, Ленинграде, Кемерове, Тбилиси, Горьком и многих других городах. Так, в Москве воздух стал чище в пять-шесть раз в результате газификации котельных, промышленных предприятий и теплоэлектростанций, установки газо- и пылеуловительных сооружений, изменения технологии некоторых производств. В нашей стране запрещен ввод в эксплуатацию предприятий и теплоэлектростанций, выбрасывающих в атмосферный воздух золу, копоть, пыль и вредные газы без обеспечения их очистки. Действующие предприятия и электростанции также обязаны осуществлять очистку своих выбросов. Вредные производства, как правило, выносятся за черту крупных населенных пунктов. Кроме того, между новыми промышленными предприятиями и жилыми кварталами планируются озелененные «зоны разрыва». В больших масштабах ведется озеленение городских улиц, разбиваются скверы, парки и сады. Случаи нарушения правил охраны атмосферного воздуха строго преследуются советскими законами.

92

93 Водные ресурсы

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, вóды в жидком, твердом и газообразном состоянии и их распределение на Земле. Они находятся в естественных водоемах на поверхности (в океанах, реках, озерах и болотах); в недрах (подземные воды); во всех растениях и животных; а также в искусственных водоемах (водохранилищах, каналах и пр.).

Вода – единственное вещество, которое в природе присутствует в жидком, твердом и газообразном состояниях. Значение жидкой воды существенно меняется в зависимости от местонахождения и возможностей применения. Пресная вода шире используется, чем соленая. Свыше 97% всей воды сосредоточено в океанах и внутренних морях. Еще ок. 2% приходится на долю пресных вод, заключенных в покровных и горных ледниках, и лишь менее 1% – на долю пресных вод озер и рек, подземных и грунтовых.

Вода, самое распространенное соединение на Земле, обладает уникальными химическими и физическими свойствами. Поскольку она легко растворяет минеральные соли, живые организмы вместе с ней поглощают питательные вещества без каких-либо существенных изменений собственного химического состава. Таким образом, вода необходима для нормальной жизнедеятельности всех живых организмов. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Ее молекулярный вес всего 18, а точка кипения достигает 100 C при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. На бóльших высотах, где давление ниже, чем на уровне моря, вода закипает при более низких температурах. Когда вода замерзает, ее объем увеличивается более чем на 11%, и расширяющийся лед может разрывать водопроводные трубы и мостовые и разрушать скальные породы, превращая их в рыхлый грунт. По плотности лед уступает жидкой воде, что и объясняет его плавучесть.

Вода также обладает уникальными термическими свойствами. Когда ее температура понижается до 0 C и она замерзает, то из каждого грамма воды высвобождается 79 кал. При ночных заморозках фермеры иногда опрыскивают сады водой для защиты бутонов от повреждения морозом. При конденсации водяного пара каждый его грамм отдает 540 кал. Эта теплота может быть использована в отопительных системах. Благодаря высокой теплоемкости вода поглощает большое количество теплоты без изменения температуры.

Молекулы воды сцепляются посредством «водородных (или межмолекулярных) связей», когда кислород одной молекулы воды соединяется с водородом другой молекулы. Вода также притягивается к другим водород- и кислородсодержащим соединениям (т.н. молекулярное притяжение). Уникальные свойства воды определяются прочностью водородных связей. Силы сцепления и молекулярного притяжения позволяют ей преодолевать силу тяжести и вследствие капиллярности подниматься вверх по мелким порам (например, в сухой почве).

94 Источники загрязнения воды делятся на природные и техногенные.

Природные загрязнения обусловлены круговоротом воды в природе, который не отделим от круговорота вещества. Это непрерывный процесс, происходящий в атмосфере, гидросфере, верхней части твердой литосферы и в биосфере Земли.

Переходя из одного агрегатного состояния в другое, вода постоянно растворяет, накапливает и переносит огромное количество химических соединений, продукты выветривания горных пород, вулканическую пыль, споры, бактерии и т.д.

Техногенными источниками загрязнений являются населенные пункты, промышленные и сельскохозяйственные предприятия. Все вместе они «поставляют» в биосферу как вполне обычные виды загрязнений, так и ядовитые, трудно разложимые химические соединения и радионуклиды.

Выпадая с осадками, по пути «обогащаясь» всей таблицей Менделеева, часть воды собирается в поверхностных источниках водозабора, другая пополняет подземные запасы.

Поверхностные воды – это открытые источники: моря, реки, озера, болота.

Поверхностные воды в общем случае характеризуются химической мягкостью, высоким содержанием органики и микроорганизмов. Типичные природные загрязнения – песок, ил, торф, глина и водоросли. Но это в идеале.

Именно вода рек, озер и болот подвержена наиболее сильному техногенному загрязнению. За счет открытости поверхностные воды принимают на себя все химические «удары»: смывы удобрений с полей, пестициды, нитраты, промышленные сбросы, дождевые фильтраты с огромных городских свалок, кислотные дожди и т.д.

В отличие от морей и океанов, у рек и озер не всегда хватает «сил» на саморегенерацию. К тому же, их загрязненность может сильно меняться сезонно, что затрудняет подбор фильтров для очистки воды.

Степень и типы загрязнения открытых источников могут отличаться настолько, насколько отличаются гидро-геологические и экологические ситуации в районе каждого открытого источника и на пути течения ручьев и рек, которые их питают.

Подземные воды – это грунтовые, песчаные и артезианские горизонты.

Грунтовые воды – водоносные слои неглубокого залегания, обычно располагаются до первого водоупорного слоя. Подвержены сильному загрязнению с поверхности и значительным сезонным колебаниям уровня.

Песчаные водоносные слои характеризуются большой вероятностью загрязнения из открытых источников и с уровня грунтовых вод. Основные загрязнения: частицы осадочных пород и все, что «доносится» с поверхности. Тип загрязнения непредсказуем: болезнетворные бактерии, ядохимикаты, тяжелые металлы и т.д.

Известняковые (артезианские) водоносные горизонты отличаются повышенной минерализацией, жесткостью и почти полным отсутствием микроорганизмов.

Прежде, чем стать артезианской, вода проходит сквозь почву, песчаные и глинистые горизонты, фильтруется от основных поверхностных загрязнений и растворенного кислорода, поглощает соли и микроэлементы на основе кальция, магния, натрия, калия, железа и марганца. В общем случае минерализация артезианской воды растет с увеличением глубины залегания водоносного слоя.

Вода известняковых слоев стабильна в плане дебита и характера загрязнения. Последний факт позволяет после химического анализа выбрать оптимальный набор методов очистки (фильтров) и долгое время не менять его.

Гидро-геологические условия формирования водоносных горизонтов может сильно отличаться, как и качество воды из двух сравнительно близко расположенных скважин.

В целом, применительно к воде из скважин, можно выделить следующие основные причины загрязнений:

1. Естественные причины. Повышение содержания загрязнений в подземных водах из-за характерного геологического строения водоносного горизонта.

2. Техногенное загрязнение. Стоки промышленного и сельского производства. Близость к поверхности водоносного горизонта увеличивает риск загрязнения такого типа.

3. Загрязнение из-за дефекта скважины. При плохой гидроизоляции затрубного пространства скважины загрязненная вода (даже из довольно далеких поверхностных водозаборов) может попасть в нижележащие слои, ранее разделявшиеся водоупорным слоем.

4. Техногенноиндуцированное загрязнение. В результате усиленной эксплуатации водоносный горизонт становится безнапорным, что провоцирует поступление воды из соседних горизонтов, вода в которых имеет другой химический 

95 Как я уже говорил, каждый водоем – это сложная система, где обитают бактерии, высшие водные растения, различные беспозвоночные животные. Совокупная их деятельность обеспечивает самоочищение водоемов.

Факторы самоочищения водоемов можно условно разделить на три группы:

• физические, 

• химические, 

• биологические.

Среди физических факторов первостепенное значение имеет разбавление, растворение и перемешивание поступающих загрязнений. Хорошее перемешивание и снижение концентраций взвешенных частиц обеспечивается быстрым течением рек. Способствует самоочищению водоемов оседание на дно нерастворимых осадков, а также отстаивание загрязненных вод. В зонах с умеренным климатом река самоочищается через 200-300 км от места загрязнения, а на Крайнем Севере – через 2 тыс. км.

Обеззараживание воды происходит под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца. Эффект обеззараживания достигается прямым губительным воздействием ультрафиолетовых лучей на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток, а также споровые организмы и вирусы.

Из химических факторов самоочищения водоемов следует отметить окисление органических и неорганических веществ. Часто дают оценку самоочищения водоема по отношению к легко окисляемому органическому веществу или по общему содержанию органических веществ.

Санитарный режим водоема характеризуется прежде всего количеством растворенного в нем кислорода. Его должно бить не менее 4 мг на 1 л воды в любой период года для водоемов для водоемов первого и второго видов. К первому виду относят водоемы, используемые для питьевого водоснабжения предприятий, ко второму – используемые для купания, спортивных мероприятий, а также находящихся в черте населенных пунктов.

К биологическим факторам самоочищения водоема относятся:

• Совокупность беспозвоночных гидробионтов-фильтраторов, зоопланктон; 

• Сообщества высших водных растений (макрофитов), которые задерживают часть биогенов (азот, фосфор) и загрязняющих веществ, поступающих в экосистему с прилегающей территории; 

• Бентос, задерживающий и поглощающий часть биогенов и поллютантов, мигрирующих на границе раздела вода/донные осадки; 

• Микроорганизмы, сорбированные на взвешенных частицах, перемещающихся относительно водной массы вследствие гравитационного оседания частиц под действием сил тяжести; в результате водная масса и микроорганизмы перемещаются относительно друг друга, что эквивалентно ситуации, когда вода профильтровывается через зернистый субстрат с прикрепленными микроорганизмами; последние извлекают из воды растворенные органические вещества и биогены;

• Водоросли и фитопланктон; 

Однако фитопланктон не всегда положительно воздействует на процессы самоочищения: в отдельных случаях массовое развитее сине-зеленых водорослей в искусственных водоемах можно рассматривать как процесс самозагрязнения.