Вопрос 24. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии

Гидросфера

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 14 апреля 2012; проверки требуют 8 правок.

Круговорот воды в гидросфере

Гидросфе́ра (от др.-греч. Yδωρ — вода и σφαῖρα — шар) — это водная оболочка Земли.

Она образует прерывистую водную оболочку. Средняя глубина океана составляет 3850 м, максимальная (Марианская впадина Тихого океана) — 11 022 метра. Около 97 % массы гидросферы составляют соленые океанические воды, 2,2 % — воды ледников, остальная часть приходится на подземные, озерные и речные пресные воды. Общий объём воды на планете около 1 532 000 000 кубических километров. Масса гидросферы примерно 1,46*1021 кг. Это в 275 раз больше массы атмосферы, но лишь 1/4000 от массы всей планеты. Гидросферу на 94% составляют воды Мирового океана, в которых растворены соли (в среднем 3,5%), а также ряд газов. Верхний слой океана содержит 140 трлн тонн углекислого газа, а растворенного кислорода — 8 трлн тонн. Область биосферы в гидросфере представлена во всей ее толще, однако наибольшая плотность живого вещества приходится на поверхностные прогреваемые и освещаемые лучами солнца слои, а также прибрежные зоны.

В общем виде принято деление гидросферы на Мировой океан, континентальные воды и подземные воды. Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше — в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара. Свыше 96 % объёма гидросферы составляют моря и океаны, около 2 % — подземные воды, около 2 % — льды и снега, около 0,02 % — поверхностные воды суши. Часть воды находится в твёрдом состоянии в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте, представляя собой криосферу.

Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, тем не менее играют важнейшую роль в жизни наземной биосферы, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Сверх того эта часть гидросферы находится в постоянном взаимодействии с атмосферой и земной корой.

Взаимодействие этих вод и взаимные переходы из одних видов вод в другие составляют сложный круговорот воды на земном шаре. В гидросфере впервые зародилась жизнь на Земле. Лишь в начале палеозойской эры началось постепенное переселение животных и растительных организмов на сушу. Океаническую кору слагают осадочный и базальтовый слои.

экологические проблемы воды

На свои нужды человечество использует главным образом пресные воды. Их объём составляет чуть больше 2% гидросферы, причём распределение водных ресурсов по земному шару крайне неравномерно. В Европе и Азии, где проживает 70% населения мира, сосредоточено лишь 39% речных вод. Общее же потребление речных вод возрастает из года в год во всех районах мира. Известно, например, что с начала нынешнего века потребление пресных вод возросло в 6 раз, а в ближайшие несколько десятилетий возрастёт еще, по меньшей мере, в 1,5 раза.
Недостаток воды усугубляется ухудшением её качества. Используемые в промышленности, сельском хозяйстве и в быту воды поступают обратно в водоёмы в виде плохо очищенных или вообще неочищенных стоков.
Таким образом, загрязнение гидросферы происходит, прежде всего, в результате сброса в реки, озера и моря промышленных, сельскохозяйственных и бытовых сточных вод. Согласно расчетам ученых, в конце ХХ века для разбавления этих самых сточных вод может потребоваться 25 тыс. кубических км. пресной воды, или практически все реально доступные ресурсы такого стока! Нетрудно догадаться, что именно в этом, а не в росте непосредственного водозабора – главная причина обострения проблемы пресной воды.
В настоящее время к числу сильно загрязненных относятся многие реки – Рейн, Дунай, Сена, Огайо, Волга, Днепр, Днестр и др. Растет загрязнение мирового океана. Причем здесь существенную роль играет не только загрязнение стоками, но и попадание в воды морей и океанов большого количества нефтепродуктов. В целом, наиболее загрязнены внутренние моря – Средиземное, Северное, Балтийское, Внутреннее Японское, Яванское, а также Бискайский, Персидский и Мексиканский заливы.
Кроме того, человек осуществляет преобразование вод гидросферы путем строительства гидротехнических сооружений, в частности водохранилищ. Крупные водохранилища и каналы оказывают серьезное отрицательное воздействие на окружающую среду: изменяют режим грунтовых вод в прибрежной полосе, влияют на почвы и растительные сообщества, в конце концов, их акватории занимают большие участки плодородных земель.
Наиболее важными антропогенными процессами загрязнения воды являются стоки с промьшленно-урбанизированных и сельскохозяйственных территорий, выпадение с атмосферными осадками продуктов антропогенной деятельности. Эта процессы загрязняют не только поверхностные воды (бессточные водоемы и внутренние моря, водотоки), но и подземную гидросферу (артезианские бассейны, гидрогеологические массивы), Мировой океан (в особенности акватории и шельфы). На континентах наибольшему воздействию подвергаются верхние водоносные горизонты (грунтовые и напорные), которые используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Аварии нефтеналивных танкеров, нефтепроводов могут быть существенным фактором резкого ухудшения экологической обстановки на морских побережьях и акваториях, во внутриконтинентальных водных системах. Отмечается тенденция увеличения этих аварий в последнее десятилетие.
Набор веществ, загрязняющих воду, очень широкий, а формы их нахождения разнообразны. Главные загрязнители, связанные с природными и антропогенными процессами загрязнения водной среды, во многом сходны. Отличие заключается в том, что в результате антропогенной деятельности в воду могут поступать значительные количества таких чрезвычайно опасных веществ, как пестициды, искусственные радионуклиды. Кроме того, искусственное происхождение имеют многие патогенные и болезнетворные вирусы, грибки, бактерии.
На сельскохозяйственных территориях с высокой агронагрузкой выявлено заметное увеличение в поверхностных водах соединений фосфора. Отмечается также возрастание в поверхностных и грунтовых водах устойчивых пестицидов.

Фауна

Изменяя свой мир, человек, желает он того или нет, существенно вмешивается в жизнь своих соседей по планете. По данным Международного союза охраны природы, с 1600 г. на Земле вымерло 94 вида птиц и 63 вида млекопитающих. Кроме того, уменьшаются в количестве и исчезают редкие насекомые, что связано как с реакцией на применение различного рода пестицидов, так и с уничтожением их коренных мест обитания.
Механизм гибели вида гораздо проще, чем его можно себе представить. Зоологи поняли это, когда им удалось проанализировать большое число неудачных случаев акклиматизации животных в угодьях, безусловно, подходящих для завозимых видов. Оказалось, что неудачами кончался завоз малых групп животных. Выяснилось, что 2-3 пары животных при отсутствии постоянных, пусть даже сравнительно редких контактов с себе подобными, не могут обжить территорию. В большинстве случаев у них подавляется способность к размножению или они гибнут от так называемого «стресса», или болезни напряжения. Подобное же положение возникает при большом разряжении естественной популяции. Совершенно необязательно уничтожать всех до одного животных, чтобы обречь вид на исчезновение, достаточно сильно сократить его численность, уменьшить или разрознить участки обитания, в чем человечество, особенно в последние столетия, заметно преуспевает.

Острота современных экологических проблем требует участия в их решении широких масс населения. Любые технологические, организационные и экономические меры могут дать должный эффект лишь в том случае, если экологическая идея овладеет массами. Массовое экологическое образование призвано формировать экологическое мировоззрение, нравственность и экологическую культуру людей. Для достижения этих целей нужна интеграция всех знаний, как о природных, так и общественных законах функционирования окружающей среды.
В настоящее время во всём обширном многообразии задач, стоящих перед человечеством, большое значение и остроту приобрели глобальные геоэкологические проблемы. Это отчётливо продемонстрировала Международная конференция по проблемам окружающей среды и развитию в Рио-де-Жанейро. Решение глобальных проблем требует единства международных усилий, скоординированных действий многих государств. Ни одна из стран мира, даже самая развитая и богатая, не в состоянии собственными силами предотвратить или хотя бы смягчить глобальные экологические следствия деятельности людей.
Формирование экологического мировоззрения опирается на осознание необходимости ограничения потребления. Но при этом вовсе не отвергается известная социальная формула: «от каждого по способностям, каждому - по потребностям». Она точно отражает острейшие социально-экологические проблемы современности. Под потребностями подразумевается нужда в чём-либо объективно необходимом для поддержания жизнедеятельности и развития организма.
А это, прежде всего, полноценное питание и благоприятные для жизни экологические качества окружающей природной среды.
Два - три десятилетия назад популяризаторы экологических идей видели свою главную задачу в том, чтобы вызвать обеспокоенность общества состоянием природной среды. К концу 80-х годов казалось, что в нашей стране эта цель достигнута. В 1991 году экологические проблемы, по мнению россиян, занимали второе место среди проблем, стоящих перед человечеством. В настоящее время рейтинг экологических проблем на порядок понизился и продолжает падать.

Вопрос 23

Теплоэнергетика, промышленные производства (химической, металлургической, горно-обогатительной и других отраслей) автомобильный и прочий транспорт, использующий двигатели внутреннего сгорания являются источниками загрязнения атмосферного воздуха. Они выбрасывают широкий спектр токсичных соединений в различных сочетаниях, таких как угарный газ, сажа, алифатические и ароматические углеводороды различных классов, спирты, кетоны, эфиры, альдегиды, гетеросоединения, оксиды азота, и пр. Основными газообразными веществами, загрязняющими атмосферу, в настоящее время являются диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и монооксид углерода.

На сегодняшний день складывается такая ситуация, когда проблема доочистки органических выбросов в атмосферу характерны только для предприятий, чье производство размещено в пределах городской черты. При этом инициатива в принятии решения о приобретении установок по доочистке принадлежит самим производственникам, так как практически все производители укладываются в рамки предельно допустимых выбросов (ПДВ). Вследствие чего любые природоохранные мероприятия становятся практически экономически не целесообразными. В целом для промышленности РФ характерно использование устаревших технологий и изношенного парка технологического оборудования, что усиливает количество выбросов в атмосферу. Производственные мощности предприятий недозагружены, что также позволяет пока производителям укладываться в нормативы выбросов. В тоже время эксперты Greenpeace предсказывают экологическую катастрофу, которая может разразиться на фоне наметившегося экономического роста именно из-за использования устаревших технологий и изношенного оборудования.

Для снижения концентраций вредных органических компонентов и оксида углерода в выбросах промышленных газов наиболее широко применяют адсорбционный, термический и каталитический методы. Выбор методов очистки во многом определяется составом газов, их концентрацией и учётом материального ущерба наносимого их присутствием в воздухе, в количестве, превышающем ПДК.

Адсорбционные методы очистки газовых выбросов

Адсорбционные методы — одни из самых распространенных средств защиты воздушного бассейна от загрязнений. В процессе адсорбции очищаемые газы проходят через неподвижный или находящийся в псевдоподвижном состоянии слой адсорбента. После насыщения материал адсорбента обычно регенерируют.

После проведения десорбции примеси не утилизируются, а подвергаются термическому или каталитическому дожиганию. Этот способ применяют для очистки отходящих газов химико-фармацевтических и лакокрасочных предприятий, предприятий пищевой промышленности и ряда других производств. Такую разновидность адсорбционной очистки используют при низких концентрациях загрязняющих веществ или большом количестве различных загрязнителей в очищаемых газах.

Можно констатировать, что адсорбционные методы являются одними из самых универсальных методов очистки газов от разнообразных вредных компонентов, присутствующих в отходящих газах различных промышленных производств, однако они требуют больших капитальных затрат, материалоемки и не обеспечивают в ряде случаев требуемой степени очистки выбросов.

Термический дожиг для обезвреживания газовых выбросов

Другим методом очистки газовых выбросов является термический дожиг органических соединений, в газовом факеле при высокой температуре (800–11500C). Этот метод требует дополнительного топлива и дорогостоящего пожаровзрывоопасного оборудования, применения специальных материалов и жестких требований к конструкции, выдерживающей высокие температуры.

Термический дожиг при высоких температурах применяется для очистки от трудноокисляемых органических смесей, в том числе в присутствии твёрдых веществ (сажа, древесная пыль и др.). При наличии в смеси соединений, содержащих серу, фосфор, галогены, последние превращаются в высокотоксичные соединения. При использовании термического метода, несмотря на высокую степень окисления органических веществ, не всегда удаётся обеспечить ПДК образующегося оксида углерода в воздухе, поэтому в ряде случаев этот метод используется только на первой ступени очистки. Термические установки просты в обслуживании, однако себестоимость очистки 1000 м3 газа при термическом обезвреживании достаточно высока.

Термокаталитический метод обезвреживания газовых выбросов (применяемый ЗАО "ЭКАТ")

Термокаталитический метод за счёт снижения температуры процесса до 200–400 0С в 2–2.5 раза дешевле термического из-за уменьшения расхода энергии на подогрев газов. Этот метод применяется для очистки газов, содержащих CO, органические соединения, и обеспечивает более полное удаление примесей (97–99.9%), чем термическое дожигание.

Каталитическое окисление в стационарном режиме протекает при более низких температурах, чем воспламенение органических веществ, что повышает безопасность очистки. Каталитическое дожигание органических веществ и оксида углерода является одним из наиболее перспективных методов газоочистки, так как даёт возможность перерабатывать многокомпонентные газы с малыми начальными концентрациями вредных примесей, добиваться высоких степеней очистки, вести процесс непрерывно, избегать в большинстве случаев образования вторичных загрязнителей.

Основные преимущества каталитического способа сжигания по сравнению с ближайшим аналогом — термическим, заключаются в его высокой эффективности, экономичности и отсутствии вредных побочных явлений. В последние годы потребность в катализаторах для нужд охраны окружающей среды за рубежом возрастает быстрыми темпами. Массово используются установки каталитической очистки газов для различных отраслей промышленности, в то время как на территории СНГ насчитывается несколько десятков работающих установок каталитической очистки газов в основном зарубежного производства.

Теплоэнергетика, промышленные производства (химической, металлургической, горно-обогатительной и других отраслей) автомобильный и прочий транспорт, использующий двигатели внутреннего сгорания являются источниками загрязнения атмосферного воздуха. Они выбрасывают широкий спектр токсичных соединений в различных сочетаниях, таких как угарный газ, сажа, алифатические и ароматические углеводороды различных классов, спирты, кетоны, эфиры, альдегиды, гетеросоединения, оксиды азота, и пр. Основными газообразными веществами, загрязняющими атмосферу, в настоящее время являются диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и монооксид углерода.

На сегодняшний день складывается такая ситуация, когда проблема доочистки органических выбросов в атмосферу характерны только для предприятий, чье производство размещено в пределах городской черты. При этом инициатива в принятии решения о приобретении установок по доочистке принадлежит самим производственникам, так как практически все производители укладываются в рамки предельно допустимых выбросов (ПДВ). Вследствие чего любые природоохранные мероприятия становятся практически экономически не целесообразными. В целом для промышленности РФ характерно использование устаревших технологий и изношенного парка технологического оборудования, что усиливает количество выбросов в атмосферу. Производственные мощности предприятий недозагружены, что также позволяет пока производителям укладываться в нормативы выбросов. В тоже время эксперты Greenpeace предсказывают экологическую катастрофу, которая может разразиться на фоне наметившегося экономического роста именно из-за использования устаревших технологий и изношенного оборудования.

Для снижения концентраций вредных органических компонентов и оксида углерода в выбросах промышленных газов наиболее широко применяют адсорбционный, термический и каталитический методы. Выбор методов очистки во многом определяется составом газов, их концентрацией и учётом материального ущерба наносимого их присутствием в воздухе, в количестве, превышающем ПДК.

Адсорбционные методы очистки газовых выбросов

Адсорбционные методы — одни из самых распространенных средств защиты воздушного бассейна от загрязнений. В процессе адсорбции очищаемые газы проходят через неподвижный или находящийся в псевдоподвижном состоянии слой адсорбента. После насыщения материал адсорбента обычно регенерируют.

После проведения десорбции примеси не утилизируются, а подвергаются термическому или каталитическому дожиганию. Этот способ применяют для очистки отходящих газов химико-фармацевтических и лакокрасочных предприятий, предприятий пищевой промышленности и ряда других производств. Такую разновидность адсорбционной очистки используют при низких концентрациях загрязняющих веществ или большом количестве различных загрязнителей в очищаемых газах.

Можно констатировать, что адсорбционные методы являются одними из самых универсальных методов очистки газов от разнообразных вредных компонентов, присутствующих в отходящих газах различных промышленных производств, однако они требуют больших капитальных затрат, материалоемки и не обеспечивают в ряде случаев требуемой степени очистки выбросов.

Термический дожиг для обезвреживания газовых выбросов

Другим методом очистки газовых выбросов является термический дожиг органических соединений, в газовом факеле при высокой температуре (800–11500C). Этот метод требует дополнительного топлива и дорогостоящего пожаровзрывоопасного оборудования, применения специальных материалов и жестких требований к конструкции, выдерживающей высокие температуры.

Термический дожиг при высоких температурах применяется для очистки от трудноокисляемых органических смесей, в том числе в присутствии твёрдых веществ (сажа, древесная пыль и др.). При наличии в смеси соединений, содержащих серу, фосфор, галогены, последние превращаются в высокотоксичные соединения. При использовании термического метода, несмотря на высокую степень окисления органических веществ, не всегда удаётся обеспечить ПДК образующегося оксида углерода в воздухе, поэтому в ряде случаев этот метод используется только на первой ступени очистки. Термические установки просты в обслуживании, однако себестоимость очистки 1000 м3 газа при термическом обезвреживании достаточно высока.

Термокаталитический метод обезвреживания газовых выбросов (применяемый ЗАО "ЭКАТ")

Термокаталитический метод за счёт снижения температуры процесса до 200–400 0С в 2–2.5 раза дешевле термического из-за уменьшения расхода энергии на подогрев газов. Этот метод применяется для очистки газов, содержащих CO, органические соединения, и обеспечивает более полное удаление примесей (97–99.9%), чем термическое дожигание.

Каталитическое окисление в стационарном режиме протекает при более низких температурах, чем воспламенение органических веществ, что повышает безопасность очистки. Каталитическое дожигание органических веществ и оксида углерода является одним из наиболее перспективных методов газоочистки, так как даёт возможность перерабатывать многокомпонентные газы с малыми начальными концентрациями вредных примесей, добиваться высоких степеней очистки, вести процесс непрерывно, избегать в большинстве случаев образования вторичных загрязнителей.

Основные преимущества каталитического способа сжигания по сравнению с ближайшим аналогом — термическим, заключаются в его высокой эффективности, экономичности и отсутствии вредных побочных явлений. В последние годы потребность в катализаторах для нужд охраны окружающей среды за рубежом возрастает быстрыми темпами. Массово используются установки каталитической очистки газов для различных отраслей промышленности, в то время как на территории СНГ насчитывается несколько десятков работающих установок каталитической очистки газов в основном зарубежного производства.

Дата добавления: 2015-04-24