Сточные воды и их образование

Сточными водами называются воды, загрязненные отходами с промышленного или сель­скохозяйственного производства и бытовыми отходами. Обычно сточные воды удаляются с территории населенных мест и промышленных предприятий системами канализации. К сточным водам относят также воды, образующиеся в результате выпадения атмосферных осадков и таяния снега в пределах населенных пунктов и промышленных объектов, иногда называемые ливневыми стоками.

По оценке ООН, объем сточных вод, подвергающихся очистке и собирающихся в разные резервуары на земле, составляет около 700 км /год. Из них 1/3 настолько грязна, что вторич­ное использование невозможно. Для естественной самоочистки таких вод нужны чистые во­ды в объеме, в 12...15 раз превышающем объем загрязненных вод, т. е. на это понадобилось бы 12% всех водных запасов мира.

Сточные воды можно подразделить на три основных вида по их происхождению: произ­водственные стоки, сельскохозяйственные и коммунально-бытовые.

Состав производственных стоков зависит от рода промышленных предприятий, типа оборудования, используемого сырья и реагентов, технологии производства, степени очистки вод и ряда других причин. Среди них немаловажную роль играют общественно - политические и социальные условия, психологическое отношение производственников к экологическим проблемам. Однако по отраслям промышленности можно проследить ряд ха­рактерных особенностей.

Например, производственные стоки нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей про­мышленности содержат обычно эмульгированные углеводороды, нафтеновые кислоты, мер­каптаны (органические сернистые соединения, аналоги спиртов).

В сточных водах химической промышленности обычны фенолы, спирты, смолы, натрий, кальций, хлориды, сульфаты.

Сточные воды ТЭС разнообразны. На электростанциях, работающих на твердом топливе, сбросовые воды из системы гидрозолоудаления после освобождения от золы и шлака имеют повышенную концентрацию фторидов, мышьяка, ванадия, часто содержат канцерогенные органические соединения, фенолы. На станциях, работающих на жидком топливе, сточные воды содержат нефтепродукты.

Наибольшую опасность для биосферы представляет поступление в реки со сточными во­дами ртути, так как она аккумулируется в гидробионтах и, в частности, в рыбе в больших на 3-4 порядка концентрациях, чем содержится в водной среде.

В числе промышленных стоков, поступающих в реки, следует особо отметить шахтные воды и сбросы, поставляемые предприятиями по обогащению добываемых руд. Вблизи та­ких фабрик накапливаются отходы, образующие так называемые хвостохранилища, из кото­рых большое количество загрязнителей вымывается атмосферными осадками и поступает в близлежащие реки.

Антропогенный характер имеют многие случаи эвтрофирования водоемов (повышения биологической продуктивности, зарастания), когда этот процесс не обусловлен следствиями естественного старения озера. Примером является широко известное эвтрофирование озера Эри, куда ежегодно сливалось 43,5 млрд. л промышленных сточных вод и 7 млрд. л бытовых. Последнее время принимаются меры по восстановлению нормальной жизни в озере.

Сельскохозяйственные сточные воды формируются в результате внесения минеральных и органических удобрений, а также средств борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур.

Часть азота, вводимого с удобрениями в почвы (З6...40%), смывается и попадает в реки, что способствует бурному размножению бактерий и водорослей, создавая угрозу кислород­ного голодания. В организме человека, пьющего воду, загрязненную азотом, накапливаются нитраты, которые, превращаясь в нитриты, нарушают дыхательную функцию крови. Доля смыва с полей фосфорных удобрений менее значительна.

Речная сеть принимает в себя также громадное количество употребляемых в сельском хозяйстве пестицидов и является их переносчиком на большие расстояния. В водных экоси­стемах пестициды накапливаются в жировых тканях рыб, подавляя скорость их роста, нару­шая миграции и активность. Происходит биоконцентрирование ДДТ (инсектицидов) из воды и водных осадков планктоном, затем в возрастающих концентрациях по пищевым цепям пе­реносится последовательно червям, рыбам и птицам.

Коммунально-бытовые сточные воды. К 1970 г. производство детергентов (синтетических поверхностно-активных веществ, широко используемых как моющие средства) достигло 3500 тыс. т. В развитых странах еще в 60-е гг. XX в. на долю детергентов уже приходилось 90% общего количества всех моющих средств, а на долю мыла и мыльных порошков — 10%. Детергенты - сильные токсиканты, биологически почти не разложимые. В развитых странах их концентрация в сточных водах достигает 5... 15 мг/л, так как они плохо поддаются очист­ке, и в водоемы попадает 50...60% их первоначального количества. С ростом плотности насе­ления становится совершенно недопустимым сброс коммунально-бытовых сточных вод даже после неполной их очистки.

Загрязнение поверхностных вод суши. Все виды сточных вод, сбрасываемых в реки и озера, загрязняют природные воды, ухудшают их свойства, поглощают растворенный в них кислород, отлагают на дне водоемов токсичные осадки. Постоянный приток сточных вод, загрязняющих поверхностные воды как в химическом, так и в тепловом отношении, меняет экологическую обстановку водоема, нарушает процессы его самоочищения, ведет к гибели

флоры и фауны, создает угрозу здоровью человека. В результате попадания 1 м³ неочищен­ных сточных вод непригодными для использования становятся 50...60 м³ речной воды.

Загрязнение Рейна, в бассейне которого живет более 20 млн. человек, начинается в верх­нем течении, еще в Швейцарии, из-за того, что значительная часть промышленных и быто­вых стоков расположенных на нем городов сбрасывается без достаточной очистки. Его мут­ные воды несут постепенно собираемые 24 млн. т отходов промышленного производства. Если в Швейцарии он несет 3,4 кг хлоридов в секунду, то близ устья - до 200 кг. Еще 80 лет назад Рейн славился рыболовным промыслом, и из него вылавливалось 150 тыс. лососей в год. В настоящее время, если отдельный лосось и проникает в эту реку, его мясо пропитыва­ется фенолом настолько, что его невозможно употреблять в пищу.

Обследовавшая реку Миссисипи комиссия обнаружила более сотни труб, сбрасывающих промышленные отходы без очистки в реку. Вода в нижнем течении оказалась настолько за­грязненной, что в пробе воды, взятой ниже г. Сент-Луис, десятикратно разбавленной чистой водой, рыба погибала менее чем через минуту, а при стократном разбавлении - через сутки.

Из-за сброса в воды канцерогенных веществ в одной из рек близ г. Чикаго у 16% рыб об­наружены раковые опухоли.

Воды р. Делавэр, бывшем центре водного спорта, так загрязнены химикалиями, что дали повод к горькой шутке: «Упав сюда, не утонешь, а растворишься».

На дне р. Потомак у г. Вашингтона слой слежавшихся несмываемых отбросов и фекалий местами достигает толщины 3 м.

В Словакии загрязнены отходами сверх допустимых норм 1200 км рек, т. е. общей длины речной сети.

Волга на всем протяжении загрязнена нефтепродуктами. В нее ежегодно сбрасывалось 400 тыс. т кислот, 200 тыс. т масел, 6 тыс. т фенолов, 7 тыс. т циана. Сточные воды городов Поволжья составляли 10% среднего стока Волги, а вследствие антропогенного уменьшения способности реки к самоочищению из-за зарегулированности водохранилищами и разраста­ния синезеленых водорослей возникла необходимость в разбавлении сточных вод в пропор­ции 1:20.

Загрязнение подземных вод суши. Основными источниками антропогенного загрязнения подземных вод могут быть:

• места хранения и транспортировки промышленной продукции и отходов производства;
• места аккумуляции коммунальных и бытовых отходов;
• сельскохозяйственные или другие угодья, на которых применяются удобрения, пести­циды и другие химические вещества;
• загрязненные участки поверхностных водных объектов, питающих подземные воды;
• загрязненные участки водоносного горизонта, естественно или искусственно связанно­го со смежными водоносными горизонтами;
• участки инфильтрации загрязненных атмосферных осадков;
• промышленные площадки предприятий, поля фильтрации, буровые скважины и горные выработки;
• последствия ядерных взрывов.

Важно защищать подземные воды от проникновения в них надземных загрязнителей. В какой-то степени проникновению поверхностных загрязнителей вглубь, к водоносным гори­зонтам, препятствуют залегающие над ними слои пород, которыми поглощается часть за­грязнителей благодаря их сорбционной способности. Однако в ряде случаев человек наме­ренно закачивает загрязнители и неочищенные воды в глубь земной коры: при захоронении не подлежащих очистке промышленных ядовитых отходов и отстоев бытовых сточных вод, при закачке вод в процессе нефтедобычи в целях поддержания внутрипластового давления и в некоторых других случаях, забывая о процессах миграции вещества в земной коре и о том, насколько трудно очистить загрязненные подземные воды.

Различают микробное и химическое загрязнение подземных вод.

Микробному загрязнению чаще подвергаются грунтовые воды (воды первого от поверх­ности водоносного горизонта, расположенного на первом водоупоре). В подземных водах некоторые патогенные бактерии и вирусы довольно длительно сохраняют свою жизнедея­тельность (100 суток и более). Очаги загрязнения образуются близ полей ассенизации и фильтрации, скотных дворов, выгребных ям, через которые идет прямая фильтрация загряз­ненных вод. И если грунты в зоне аэрации теряют свои очищающие свойства, начинается загрязнение грунтовых вод. Особенно опасны очаги загрязнения в местах хорошо проницае­мых трещиноватых или крупнообломочных пород.

Загрязнение подземных вод химическими веществами может идти через загрязненные поверхностные воды, которые питают подземные.

На промышленных предприятиях для очистки сточных вод используются пруды- отстойники, шламовые пруды, пруды-накопители, пруды-испарители, хвостохранилища, зо- лоотвалы и др. Они также могут быть источником загрязнения подземных вод. При исполь­зовании земледельческих полей орошения и полей фильтрации для очистки сточных вод также не исключено загрязнение подземных вод вредными химическими веществами.

Как загрязнение, гак и истощение подземных вод, как одного из важнейших флюидов земных недр, недопустимы еще и потому, что нарушают естественные миграции растворен­ных в воде твердых и газообразных веществ, функции которых в эволюционном развитии планеты современной науке еще мало известны. Современной гидрогеологии известны де­сятки природных процессов, в которых принимают деятельное участие подземные воды. Это - молекулярная диффузия, фильтрация, гидролиз, выщелачивание, растворение и кристалли­зация, ионный обмен, окислительно-восстановительные и биогеохимические реакции, ра­диоактивный распад, гидратация и дегидратация минералов, подземное испарение и вымо­раживание и др. Но современная наука еще не может ответить на вопрос, как повлияет на общее развитие планеты нарушение человеком ряда из перечисленных природных процес­сов.

Литература- 1осн.[172-173]. 2 осн.[169-172].

Контрольные вопросы:

1. Гидрогеология

2. Процессы формирования подземных вод

3. Состав и свойства подземных вод

4. Прогноз изменения состава и качества подземных вод

Тема лекции 8 - Гидросфера — мировой влагооборот, местные влагообороты. Изменение уровня Океана и рельеф дна Океана.

Существуют разные подходы к определению понятия гидросферы. Одна группа ученых считает правомерным относить к гидросфере только те сферы планеты (или части сфер), где в жидком, твердом или газообразном состоянии содержится несвязанная вода Другие счи­тают возможным относить к ней также сферы (или их части), где несвязанная вода отсутст­вует, но компоненты воды входят в состав других химических соединений.

При первом подходе в состав гидросферы включаются вся океаносфера, поверхностные части литосферы, ледники, реки и озера, почвенные воды, воды болот и воды атмосферы. В этом случае нижняя граница гидросферы проводится в литосфере и приурочена к основанию водоносных горизонтов или нижнему пределу проникновения в толщу литосферы свободных гравитационных вод.

При втором подходе в состав гидросферы дополнительно включаются области распро­странения химических соединений, включающих в себя компоненты воды. Это позволяет нижнюю границу гидросферы проводить намного ниже, опустив ее в недра Земли, включив в гидросферу всю земную кору полностью и приблизив границу к поверхности Мохоровичича.

Что касается верхней границы гидросферы, то она обычно проводится в верхней атмо­сфере.

Если подходить к гидросфере как к одной го природных сфер окружающей среды, то представляется целесообразным под гидросферой понимать только области распространения несвязанной воды, где она содержится в газообразном, жидком или твердом состоянии, в данной книге принят первый из двух рассмотренных выше подходов. При этом имеется в ви­ду, что, гидросфера, взятая в пределах распространения свободных вод, не является замкну­той системой. Она разомкнута как на подстилающие слои литосферы (где вода находится в связанном состоянии и при определенных условиях может переходить в свободное состоя­ние и пополнять свободные воды гидросферы; возможны и обратные процессы связывания свободных вод гидросферы при переходе их в состав горных пород), так и на космическое пространство (за счет диссипации водорода в космос и поступления воды в гидросферу в со­ставе космической пыли и метеоритного вещества). Такая концепция не противоречит по­ложению о единстве всех вод Земли, поскольку опирается на постоянный процесс водообме­на.

Дата добавления: 2014-12-16