Тема 4. Загрязнение водных ресурсов в связи с их использованием. Цель: дать характеристику и оценку основным источникам загрязнения водных ресурсов, рассмотреть. - презентация

1 Тема 4. Загрязнение водных ресурсов в связи с их использованием. Цель: дать характеристику и оценку основным источникам загрязнения водных ресурсов, рассмотреть основные направления охраны водных ресурсов. План занятия: 1. Характеристика и оценка основных источников загрязнения водных ресурсов мира и Республики Беларусь. 2. Очистные сооружения. 3 Основные направления охраны водных ресурсов. Ключевые определения: очистка сточных вод, биофильтр, биологические пруды, поля орошения и фильтрации, станция аэрации, БПК 5, индекс загрязненности вод, водный кадастр.

2 Основные пути загрязнения гидросферы Загрязнение нефтью и нефтепродуктами Загрязнение сточными водами Загрязнение тяжелыми металлами Загрязнение кислотными дождями Радиоактивное загрязнение Тепловое загрязнение Механическое загрязнение Бактериальное и биологическое загрязнение

3 Одним из основных загрязнителей Мирового океана являются нефтяные углеводороды - нефть и нефтепродукты. Наиболее загрязнены нефтью районы интенсивного судоходства и морских нефтепромыслов. Разлитая по поверхности океана нефть нарушает процесс тепло-, водо- и газообмена на границе океана и атмосферы. Являясь токсичным веществом, нефть отрицательно воздействует на все виды морских организмов. Больше всего нефти в океан поставляет суша посредством атмосферных осадков, речного и ливневого стока. Около трети нефти попадает в океан при морских перевозках, из нее более половины приходится на эксплуатационные сливы судов (0,4 % от перевозимого объема). Кроме того, источниками загрязнения нефтяными углеводородами являются аварии танкеров, морские нефтяные промыслы (1-2 %) и естественное просачивание нефти из морского дна (10 %). Всего в океан ежегодно поступает около 5-6 млн. т нефти.

4

5

6 В случае нефтяного загрязнения акваторий океана массово размножается одноклеточная золотистая водоросль, образовывая пояс до 10 км в ширину и толщиной 35 м, и двигается со скоростью 25 км в сутки, уничтожая на своем пути все живое.

7 Сокращаются биологические ресурсы Мирового океана: при концентрации нефти - 0,06 мг/л - ухудшаются вкусовые качества воды и рыба приобретает нефтяной привкус; - свыше 0,5 мг/л –гибель промысловых рыб; - свыше 1,2 мг/л - погибает планктон и бентос (донные организмы); - нефтяная пленка на поверхности кожи животных приводит к растворению подкожной жировой клетчатки и вызывает их гибель от переохлаждения, а также оседает на жабрах рыб.

8 Крупнейшее в мире кладбище подводных лодок находится на морском дне у японского порта Нагасаки.

9 Глобальный характер носит загрязнение океана тяжелыми металлами, прежде всего ртутью, свинцом, кадмием. Они попадают в океан главным образом через атмосферу и с речным стоком. От одной трети до половины промышленного производства ртути (3-5 тыс. т) и около 2 млн. т свинца ежегодно попадает в океан. Ртуть микробиологическим путем превращается в метилртуть, которая через планктон, моллюсков и рыб попадает в пищевой рацион населения.

10 Значительную опасность представляет загрязнение океана отходами атомной и военной промышленности. Оно связано с захоронением радиоактивных отходов, авариями судов с атомными реакторами и сбросом теплой воды, используемой для охлаждения реакторов АЭС.

11 Бактериальное и биологическое загрязнение, вызванное патогенными микроорганизмами, водорослями. Тепловое загрязнение вызывается сбросом в водоемы подогретых вод ТЭС и приводит к массовому развитию сине-зеленых водорослей, так называемому цветению воды, уменьшению количества кислорода в водной среде и отрицательно влияет на флору и фауну водоемов.

12 Моллюски-фильтраторы способствуют процессам самоочищения водоемов

13 Быстро растет загрязнение океана твердым мусором. Ежегодно в океан только с судов сбрасывается около 7 млн. металлических, 430 тыс. стеклянных, 640 тыс. бумажных и пластмассовых предметов. Эти отходы, как правило, не разрушаются и накапливаются в океане.

14 Самая грязная река в мире находится в Индонезии. Citarum река в Индонезии, протекает рядом со столицей страны Джакартой. И собирает отходы 9-ти миллионного города. Местные жители уже забыли, что там когда-то водилась рыба. Собирать мусор в реке и сдавать на переработку теперь гораздо выгоднее, чем рыбачить.

15 Это река Индонезия. В то время как эта река похожа на мусорник. Река не имеет никакой водной жизни. В декабре 2008, Азиатский банк развития выдал ссуду на $500 миллионов для того, чтобы убрать мусор из реки, но потребуются годы, чтобы возвратить мертвую реку назад к жизни.

16 Ямуна река в Индии. Является самым крупным притоком Ганга. Это одна из самых загрязненных рек в мире, где 58 % мусора из индийской столицы Дели свалены в реку. Правительством были вложены средств на очистку Ямуны также на Ганг, но как бы они не старались, это бесполезно.

17 Буриганга река, протекающая около Дакки, столицы Бангладеш. Считается одной из самых загрязненных рек планеты: воду из реки нельзя не только пить, но даже использоваться для мытья и технических целей.

18

19 Река, сильно загрязнена нефтепродуктами - "Желтая река".

20 Река Ганг

21 Река Миссиссипи

22 Характеристика и оценка основных источников загрязнения водных ресурсов Республики Беларусь. Радиоактивное загрязнение в результате аварии на Чернобыльской АЭС бассейнов рек Днепр, Припять и др. на территории Беларуси, России. Украины. Концентрация стронция- 90 и цезия-137 в низовьях Припяти превышала допустимую норму. В настоящее время уровни загрязнения водных систем определяются вторичными процессами: обменом с донными отложениями, смывом радионуклидов с поверхности водосбора рек, а также за счет талых и паводковых вод. Промышленное загрязнение: техногенные ареалы в районе Солигорских калийных комбинатов и Гомельского химического завода. В районе солеотвалов и шламохранилищ на площади 15 км.кв сформировалась зона хлоридно-натриевого засоления подземных вод, которая захватывает не только горизонт грунтовых вод. Но и глубоко залегающие межморенный, палеогеновый и меловой водоносные горизонты.

23

24 Характеристика и оценка основных источников загрязнения водных ресурсов Республики Беларусь. В районе Гомельского химического завода на участках складирования твердых отходов (отвалы фосфогипса) и хранилищ жидких отходов подземные воды загрязнены по фосфатам, фтору, сульфатам, натрию и хлору. На бытовые стоки приходится 2/3 годового объема сточных вод республики. Химический состав грунтовых и напорных подземных вод трансформируется под влиянием коммунально-бытового загрязнения (за счет утечек из выгребных ям и канализационных систем, с полей фильтрации и полигонов коммунальных отходов.)

25 Качество подземных вод Республики Беларусь. Для РБ свойственны маломинерализованные (от 15 – 50 до мг/дм. куб) подземные воды. Преимущественно гидрокарбонатного кальциевого состава и удовлетворяют общим требованиям Сан Пин РБ 99. На обширных территориях их качество не соответствует указанным стандартам из-за высокого содержания железа, реже марганца и бора, а также почти повсеместного дефицита фтора, йода и др. и даже низкого общего солесодержания, не соответствующего оптимуму ( мг/дм.куб) для питьевых вод. Подземные воды загрязнены нитратами, тяжелыми металлами, пестицидами, летучими органическими соединениями высоких классов опасности (бензол, фенол и др.) Пути загрязнения сточных вод: при просачивании промышленных и хозяйственно-бытовых стоков из прудов накопителей, отстойников, промышленных площадок, полигонов ТБО.

26 Подавляющая часть (более 82%) колодцев, составляющих основу водоснабжения многих сельских населенных пунктов и небольших городов не удовлетворяют санитарным нормам по химическим (NO 3, Cl и др.) и микробиологическим показателям. Проведенное обследование колодцев в сельской местности показало, что 7580 % из них содержат высокие концентрации нитратного азота. Загрязнение воды нитратами (до мг/дм. куб) (ПДК=9,0), аммония (до 5-18 мг/дм. куб) ( ПДК=0,39), хлоридами (до мг/дм. куб) ( ПДК=300) и др. Нитратное загрязнение грунтовых вод способствует формированию вод нитратного типа.

27 Гомельская область : Нитраты в колодцах и неглубоких скважинах – до мг/л, Содержание нитратов в питьевой воде из источников централизованного водоснабжения

28 Качество поверхностных вод Республики Беларусь. При оценке степени загрязненности поверхностных вод учитываются: Показатели качества воды и нормативов предельно допустимых концентраций (ПДК), а также индекс загрязнения вод (ИЗВ), экологических показателей (величин БПК 5, концентраций аммонийного азота, фосфора и нитратов в реках, общего фосфора и азота в озерах) Содержание взвешенных веществ, запах, привкус, окраска и температура воды, состав и концентрация минеральных примесей и растворенного в воде кислорода, состав ядовитых и вредных веществ, болезнетворных бактерий.

29 Процентное распределение сточных вод, сбрасываемых в поверхностные источники РБ

30 ИЗВ определяется по концентрации следующих загрязняющих веществ растворенного кислорода (кислород обеспечивает жизнеобеспечение морских организмов и является окислителем); азота аммонийного; азота нитратного; нефтепродуктов; фенолов; БПК 5 (биохимическое потребление кислорода)

31 Индекс загрязнения вод (ИЗВ) I - очень чистая вода, (ИЗВ менее 0,3) II - чистая, III - умеренно загрязненная, IV - загрязненная, V - грязная, VI - очень грязная, VII - чрезвычайно грязная. (ИЗВ больше 10). Условно чистая вода - это сточные воды, спуск которых в водоем без очистки не приводит к нарушению нормы качества воды в местах водопользования.

32 БПК 5 – критерий оценки загрязненности водной среды Определить суммарное потребление вод органическими веществами можно по расходу кислорода на разрушение этих веществ микроорганизмами. Для количества органики массой 180 г требуется около 60 г кислорода при 20 °C в течение 5 суток. БПК 5 (биохимическое потребление кислорода) При оценке уровня загрязненности по БПК 5 учитываются биологически быстро разрушающие вещества, но не учитываются неорганические соединения, также входящие в состав загрязненных вод. Критерий БПК 5 по Беларуси составляет - 5 мг/л.

33 ХПК – критерий оценки загрязненности водной среды Определив ХПК (химическое потребление кислорода) можно сделать быстрое заключение о количестве окисляющихся веществ в сточных водах. Полное окисление осуществляют биохроматом калия в сильнокислой среде. Недостаток метода: одновременно окисляются и неорганические вещества. ООУ – общий органический углерод – параметр при оценке загрязненности вод. Эта величина представляет интерес в тех случаях, когда загрязнение связано с веществами, которые с трудом разлагаются микробиологическим путем (лигнин, гуминовые кислоты и др).

34 Загрязнение водных объектов РБ. В перечне приоритетных показателей загрязнения поверхностных вод являются биогены: фосфор фосфатный, азот аммонийный и азот нитритный. Так, азотом аммонийным загрязнена Западная Двина на протяжении ( гг.) на отрезке реки от Полоцка до Верхнедвинска. В 2009 г. Содержание этого вещества для загрязненного участка реки изменялось в пределах ).0,51-0,56 мг/дм.куб (ПДК=0,39 мг/дм.куб ). Загрязнение Немана характерно на участке реки в районе Столбцов и ниже Гродно. Для Западного Буга – в районе н.п. Речица. Загрязнение воды Днепра в районе Речицы и Лоева, где зарегистрированы превышения ПДК в 1,4-2,3 раза.

35 Загрязнение водных объектов РБ. Так, азотом нитритным загрязнена Западная Двина на в районе Витебска, Березина на участке от Бобруйска до Светлогорска, Припять – ниже Пинска. Наиболее четко выражено «нитритное» загрязнение для Западного Буга, где зарегистрированы превышения ПДК в 1,8-2,7 раза.

36 Состояние и качество вод р. Свислочь в Минске Три основных источника загрязнения: 1. коммунальные и промышленные сточные воды; 2. ливневый сток с территории города; 3. накопление загрязненного ила. В черте города река является техническим водоемом, в нее сливается ливневая канализация. Купаться и ловить рыбу запрещено. Главная причина загрязнения Свислочи -недостаточная мощность минских городских очистных сооружений. На территории Минска в долине Свислочи выявлены грунтовые воды с минерализацией 364 г/дм 3 (рассолы), чрезвычайно агрессивные к железобетону и чугуну и представляют опасность для сооружений. В ряде скважин (Новинки, Зеленовка) обнаружено повышенное содержание хлора, а в районе мясокомбината, автозавода – присутствие свинца.

37 Загрязнение реки Свислочь. Наиболее подвержен негативному влиянию отрезок Свислочи между Минской очистной станцией и н.п. Свислочь. В воде реки ниже н.п. Королищевичи среднегодовые концентрации азота аммонийного в 2008 году превысили ПДК в 7,8 раза, нитритного – в 7,5 раза. По содержанию фосфатов в 2008 г. Было больше ПДК в 6,3 раза, а в 2009 г. в 10,9 раза (ПДК = 0,89).

38 Крупные водные объекты Беларуси по комплексной оценке, отнесенные к классу загрязненных. Подавляющая часть рек Беларуси относится к категории умеренно загрязненных (ИЗВ = 1 – 2) р. Мухавец ( ИЗВ – 2,0 ), р. Ясельда (г. Береза) (ИЗВ – 2,1), р.Днепр (г. Могилев) (ИЗВ – 2,2), р. Свислочь (г. Минск) (ИЗВ 2,8), Заславское водохранилище и Лукомльское озеро (повышенное содержание меди, фенолов, нефтепродуктов, аммонийного и нитритного азота), озеро Нарочь (повышение азота, меди) и др.

39 Прогноз роста сброса сточных вод в поверхностные водные объекты

40 Основные способы улучшения качества воды. Осветление воды – удаление из нее взвешенных веществ. В зависимости от степени осветления применяют: Отстаивание воды в отстойниках, в гидроциклонах, Фильтрование воды через слой зернистого или порошкообразного фильтрующего материала в фильтрах, Фильтрование через ткани и сетки.

41 Основные способы улучшения качества воды. Обесцвечивание воды – устранение или обесцвечивание различных растворенных веществ. Для этого используют специальные окислители (хлор, озон) и сорбенты (активный уголь). Обеззараживание воды проводят для уничтожения содержащихся в ней болезнетворных вирусов и бактерий (хлорирование воды, бактерицидное облучение, озонирование). Дезодорация – удаление привкусов и запахов. При высоком содержании в воде железа или фтора может потребоваться обезжелезивание или обесфторирование. Фторирование позволяет снизить заболеваемость населения кариесом на %, а чрезмерное фторирование приводит к флюорозу (хроническое заболевание костной ткани). В питьевой воде содержание фтора до 1 мг/л.

42 Методы очистки сточных вод Для ликвидации бактериального загрязнения применяются обеззараживание или дезинфекция сточных вод. Механический метод – удаление механических примесей из сточных вод путем отстаивания и фильтрации. Механической очисткой выводят из бытовых сточных вод 60 % нерастворимых примесей. Грубодисперсные частицы улавливаются решетками и ситами различных конструкций, а поверхностные загрязнения – нефтеловушками, маслоуловителями.

43 Методы очистки сточных вод Физико-химическая очистка – состоит в добавлении к сточным водам химических реагентов, вступающих в реакцию с загрязняющими веществами и способствующих выпадению нерастворимых и частично растворимых веществ. В качестве адсорбентов применяются естественные материалы (глина, торф) и искусственные (активированные угли). Широко применяется очистка хлорированием. Хлор – эффективное средство для обеззараживания воды, убивает микроорганизмы. Оставшийся хлор растворяется в воде, защищая воду от любого нового источника загрязнения. Хлорирование проводят перед непосредственным поступлением воды водопроводную сеть.

44 Механический метод очистки сточных вод Септик (англ. septic, от греч. septikos гнилостный, гнойный) система локальной механической очистки бытовых сточных вод в небольших объемах в местах отсутствия центральной канализационной системы. Септик представляет собой подземный отстойник, состоящий из нескольких отсеков, через которые последовательно протекают сточные воды. Сточные воды проходят через камеры септика, в них отделяются взвесь и осадок. В камерах септика происходит микробиологический процесс анаэробного (бескислородного метанового) разложения. Предварительно обработанные в септике сточные воды в последствии подвергаются биологической очистке при помощи биофильтра.

45 Механический метод очистки сточных вод Принцип работы септика заключается в следующем: загрязнения, содержащиеся в сточных водах, оседают на дно, где подвергаются медленному процессу анаэробного (без доступа кислорода) брожения, в результате которого одна часть загрязнений переходит в раствор, а другая скапливается на дне септика и превращается в так называемый ил. Процесс осуществляется при участии бактерий, естественным образом формирующихся в бытовых сточных водах. Септик выполняет две основные функции: анаэробного реактора и отстойника.

46 Отстойник (септик) первичной очистки

47 Методы очистки сточных вод Механический и физико-химический методы являются первыми этапами очистки сточных вод, после чего они направляются на биологическую очистку. Биологическая очистка заключается в минерализации органических загрязнений сточных вод при помощи аэробных биохимических процессов. После биологической очистки вода становится прозрачной, незагнивающей, содержащей растворенный кислород. Выделяют типы биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды, аэротенки.

48 Биофильтр Устройство, в котором вода очищается, проходя через фильтр с бактериями. Биофильтр состоит из фильтрующего наполнителя, спрятанного внутри емкости (фильтрующий наполнитель - это прослойка твердых, не гниющих частиц - мелких камешков, пенополиуретана, пенопласта и др.). На поверхности частиц образуется биопленка - колонии микроорганизмов, поедающих органические вещества, растворенные в воде. Степень очистки воды до 95%

49 Минская Станция аэрации Сток в аэротенке первой ступени Сток в третичном отстойнике (заключительная стадия очистки)

50 Методы очистки сточных вод Биологические пруды – неглубокие земляные резервуары (0,5-1 м), в которых происходят процессы самоочищения водоемов. Их устраивают на местности с уклоном, располагают ступенями так, что вода из верхнего пруда самотеком направляется в нижерасположенный. Аэротенки – железобетонные резервуары, через которые медленно протекают подвергающиеся аэрации сточные воды, смешанные с активным илом. Активный ил из бактерий и микроскопических животных – очищающие компоненты аэротенков. Поля фильтрации предназначены только для биологической доочистки (очистки) сточных вод. На полях орошения одновременно с очисткой вод производится выращивание кормовых культур и трав.

51 Другие методы очистки сточных вод Оборотным водоснабжением называется такое водоснабжение, когда вода, забираемая из природного источника, затем охлаждается или очищается без сброса обратно в водоем. В настоящее время объем оборотного и последовательного использования воды достигает 89 %. В процессе водоотведения обеспечивается удаление сточных вод за пределы городов и других населенных мест или промышленных предприятий. Разбавление сточных вод - это процесс уменьшения концентрации примесей в водоемах, вызванный перемешиванием сточных вод с водной средой, в которую они выпускаются. Известно, что для нейтрализации 1 м 3 очищенных сточных вод необходимо их 10 – 12-кратное разбавление чистыми природными водами, а загрязненные (неочищенные) стоки требуют 50-кратного разбавления.

52 Специальные методы очистки сточных вод Денитрификация – при строго соблюдаемых анаэробных условиях с помощью денитрифицирующих бактерий происходи превращение нитратов в азот. Адсорбционные методы – для извлечения токсических веществ из воды с применением в качестве адсорбента активированного угля. А также сточную воду фильтровать можно через слой глины или торфа, при этом цвет и запах убирают с помощью растворенного в воде хлора. Центрифугирование – с помощью которого вредные стоки разделяют на твердую и жидкую фракции. При этом твердая часть превращается в компост и ее вывозят на поля. Жидкая часть (навозная жижа) превращается в гумус. !!!При разложении органики выделяется метан диоксид углерода и сероводород. Энергию этого биогаза (метана) используют для производства тепла и энергии.

53 Очистные устройства бытового назначения Сегодня водопроводная вода это растворенные в ней пестициды, хлориды, а так же механическое загрязнение ржавчиной и грязью из труб. Все эти загрязнения приводят к кишечным заболеваниям, резкому снижению иммунитета организма, возможно и раковым заболеваниям. Фильтр не должен уменьшать содержания полезных компонентов в воде, а именно: не удалять кальций, магний, фтор, микроэлементы. Фильтры очищают воду от механических, минеральных и бактериологических примесей. Разница состоит в качестве очистки, стоимости очистки, скорости очистки, качестве фильтрующих материалов, качестве компонентов фильтров.

54 Очистные устройства бытового назначения Фильтрующий элемент фильтрующего устройства – активированный уголь. Некоторые производители добавляют ионы серебра, умягчители, обезжелезиватели и другие элементы улучшающие качество фильтрования воды. Минерализаторы обогащают воду микроэлементами, необходимыми для организма, такими как: кальций, магний, натрий, калий. Чем больше степеней фильтрации, тем качественней очистка воды. В настоящее время фильтры воды Аквафор, производимые в России с использованием уникальных сорбентов АКВАЛЕН, специально приспособлены к особенностям водопроводных систем в Беларуси.

55 Управление водными ресурсами Основная ответственность за управление водными ресурсами в стране возложена на Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды (Минприроды). К числу других учреждений, выполняющих важные функции, в системе управления водными ресурсами, относятся: Министерство здравоохранения – установление стандартов качества питьевой воды и осуществление соответствующего мониторинга; Министерство жилищно-коммунального хозяйства – планирование, строительство и эксплуатация систем водоснабжения и канализации, а также установок по очистке сточных вод; Министерство сельского хозяйства - строительство систем водоснабжения для кооперативных и государственных хозяйств.

56 Меры по охране водных ресурсов Создание безотходных технологических процессов (безотходная технология – это комплекс мероприятий, до минимума сокращающий количество вредных выбросов); Правильное проведение агротехнических мероприятий (распашка земель, применение пестицидов и удобрений); Очистка рек от затонувшей древесины; Создание оборотной системы водоснабжения или повторного использования воды (на промышленных предприятиях); Повторное использование сточных вод для орошения полей и лугов; Осуществление контроля за ПДК органами государственной санитарной службы. Проведение математического моделирования, мониторинга и прогнозирования.

57 Охрана источников питьевого водоснабжения в Республике Беларусь регламентируется: Нормативные правовые акты: Конституция Республики Беларусь (статья 13); Водный кодекс Республики Беларусь (1998 г.); Закон Республики Беларусь «О санитарно-эпидемическом благополучии населения» (2006 г.); Закон Республики Беларусь «О питьевом водоснабжении» (1999 г.); Положение об охране подземных вод (1985 г.); Положение о порядке установления размеров и границ водоохранных зон и прибрежных полос водных объектов и режиме ведения в них хозяйственной деятельности (утверждено Постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 21 марта 2006 г. 377); О требованиях к разработке проектов водоохранных зон и прибрежных полос водных объектов (утверждено Постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 29 октября 2007 г. 78); Инструкция о порядке проведения мониторинга подземных вод (2006 г.);