Водные ресурсы. Безопасное использование и охрана

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ: РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ОХРАНА

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРОСФЕРЕ Гидросфера – совокупность всех вод Земли: океанических, материковых (глубинных, почвенных, поверхностных), атмосферных

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДНЫХ МАСС В ГИДРОСФЕРЕ ЗЕМЛИ Частигидросферы Объем, тыс. км³ % от общего объема Мировой океан 1 370 323 94,2 Подземные воды 60 000 4,12 Ледники 24 000 1,65 Озера 230 0,016 Почвенная влага 75 0,005 Пары атмосферы 14 0,001 Речные воды 1 0,0001 Вся гидросфера 1 454 643 100,0

ПРЕСНАЯ ВОДА

ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ КОНТИНЕНТОВ ПРЕСНОЙ ВОДОЙ Континенты Сток рек на душу населения, тыс.м³ в год Европа 5,18 Азия 7,94 Африка 13,67 Северная Америка 26,14 Южная Америка 74,68 Австралия 12,9 Земной шар 11,0

РОЛЬ ВОДЫ В ПРИРОДЕ И ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА Является средой жизни Формирует климат на планете Необходима для фотосинтеза Необходима для биохимических и биофизических процессов, обеспечивающих возможность жизни на Земле Вода составляет до 90% массы растений и 75-95% массы животных В составе тела человека 65% воды Средняя потребность человека в воде 2,5 литра в сутки

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ Цвет Вкус Запах Прозрачность (мутность) Сухой остаток Окисляемость Биохимическая потребность в кислороде (БПК) Химическая потребность в кислороде (ХПК) Жесткость Общее солесодержание Неорганические примеси Органические примеси Бактериологические и паразитологические показатели

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ Расход воды: 1 т пшеницы 1500 т 1 т риса 7000 т 1 т хлопка 10 000 т 1 т чугуна 50-150 т 1 т стали 250 т 1 т меди 500 т 1 т пластмасс 500-1000т 1 т бумаги 100 000 т

ВОДНАЯ ПРОБЛЕМА Нехватка пресной воды Увеличение потребностей в воде в связи с ростом народонаселения и развитием отраслей деятельности, требующих больших затрат водных ресурсов Потери пресной воды вследствие сокращения водоносности рек Ухудшение качества воды вследствие загрязнения водоемов промышленными и бытовыми стоками

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДЫ РАСТВОРЕННЫЕ СОЛИ (кальция, магния, железа, калия, натрия, алюминия, карбонаты и гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, и др.) РАСТВОРЕННЫЕ ГАЗЫ (кислород, диоксид углерода, метан, сероводород, диоксид серы и др.) БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (азот и фосфор) ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА (нефть и нефтепродукты, фенолы, пестициды, биогенная органика) МИКРОЭЛЕМЕНТЫ (литий, барий, стронций, марганец, хром, тяжелые металлы РАДИОНУКЛИДЫ ВЗВЕШЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА ПАТОГЕННЫЕ ОРГАНИЗМЫ

ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ Промышленные сточные воды Коммунальные сточные воды Смыв с полей Стоки животноводческих комплексов Атмосферные воды Захоронение в водоемах вредных веществ (в частности, радиоактивных отходов)

ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО: Орошение (биофильные элементы – азот и фосфор, пестициды, удобрения, органические соединения и др.) Животноводство (биогенная органика) ПРОМЫШЛЕННОСТЬ: Энергетика (получение пара, охлаждение энергоблоков) Технологические процессы (сырье, растворитель, хладоагент, теплоноситель, для промывки материалов и изделий и др.) СУДОХОДСТВО

ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ Изменение качества воды Изменения в водных экосистемах Гибель водных организмов Заболевания человека Эвтрофикация водоемов

САМООЧИЩЕНИЕ ВОДОЕМОВ Связано с круговоротом воды в природе Обеспечивается совокупной деятельностью организмов, населяющих водоемы Физические факторы: разбавление, растворение, перемешивание поступающих загрязнений, оседание нерастворимых частиц в процессе отстаивания Обеззараживание воды под воздействием УФ излучения Солнца Фильтрация планктоном

ЭВТРОФИКАЦИЯ ВОДОЕМОВ Трофность – способность водоемов фотосинтезировать органическое вещество как основу кормовой базы для водных организмов Эвтрофикация – повышение биологической продуктивности водоемов в результате накопления в воде биогенных веществ под воздействием естественных и главным образом антропогенных факторов. Сопровождается массовым развитием микроскопических планктонных водорослей – фитопланктона, и высшей водной растительности

ЭВТРОФИКАЦИЯ ВОДОЕМОВ Причины антропогенного эвтрофирования – избыточное поступление в водоемы биогенных веществ (азота и фосфора) Последствия: Развитие сине-зеленых водорослей Неприятный запах и вкус воды Токсичные вещества Гибель рыб Зарастание, заболачивание водоемов Снижение эстетических достоинств водоема

Колония цианобактерий (сине-зеленых водорослей) Структура сине-зеленых бактерий Цианобактерия Synechococcus в процессе деления. Этот микроб днем фотосинтезирует, а ночью фиксирует атмосферный азот (фото с сайта www.lbl.gov) Слои сине-зеленых водорослей покрывают водоемы и могут быть токсичными для людей и животных Фото: Bioremediate

Sinivetikate pinnakogumid Soome lahes 1997. aasta juulis Foto: Inga Kanoshina, Eesti Mereinstituut

Проблема Балтийского моря Ежегодно в Балтийское море сбрасывается около миллиона тонн азота и почти 40 тыс. тонн фосфора. Основные загрязнители – бытовые сточные воды и сельское хозяйство (удобрения). Самым большим загрязнителем среди прибалтийских государств является Польша с ее масштабным сельским хозяйством. Сельскохозяйственная политика ЕС стимулирует развитие крупных агрокомбинатов, на которых используются искусственные минеральные удобрения. Польша и страны Балтийского региона, получающие субсидии на развитие сельского хозяйства, в ближайшие годы могут удвоить общее количество азота, поступающего в море. Шведское правительство собирается изменить сегодняшнее положение вещей – Стокгольм намерен предложить введение квот на сброс в море фосфора и азота. За образец будет взято ограничение выбросов углекислого газа в атмосферу. Швеция предлагает установить на дне моря ветряки, перемешивающие воду, и выращивать мидий, интенсивно усваивающих из воды азот и фосфор. ЭВТРОФИКАЦИЯ ВОДОЕМОВ

HELCOM Основная цель Хельсинкской конвенции – защитить природную морскую окружающую среду Балтийского моря, восстановить и сохранить экологический баланс Балтийского моря, обеспечить рациональное использование его природных ресурсов. 1992 год http://www.helcom.fi/ www.helcom.ru/

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ Распространенные и очень токсичные загрязняющие вещества Содержатся в промышленных сточных водах Поступают в водоемы через атмосферу Поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевым цепям более высокоорганизованным организмам

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ СТЕПЕНЬ ТОКСИЧНОСТИ НЕКОТОРЫХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ ОСНОВНЫХ ГРУПП МОРСКИХ ОРГАНИЗМОВ Степень токсичности: отсутствует +++ сильная + очень слабая ++++ очень сильная ++ слабая Металл Планктон Ракообразные Моллюски Рыбы Медь +++ +++ +++ +++ Цинк + ++ ++ ++ Свинец - + + +++ Ртуть +++ +++ +++ +++ Кадмий - ++ ++ ++++

Нефтяное загрязнение ИСТОЧНИКИ ПОСЛЕДСТВИЯ Водный транспорт Аварии на водном транспорте Промывные воды нефтяных танкеров Аварии на нефтяных вышках Аварии на подводных нефтепроводах Буровые воды и шлам Смыв с суши Выносы с речным стоком Выходы нефти из грифонов на морском дне Поверхность водоема покрывается тонкой нефтяной пленкой Уменьшается газообмен с атмосферой Падает первичная биологическая продуктивность водоема Компоненты нефти - мутагены и канцерогены (бенз(а)пирен) Гибель водных организмов Гибель птиц Загрязнение прибрежных территорий Меняется отражательная способность воды (альбедо) Осаждение тяжелых фракций на дно водоема

НЕФТЯНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ Фото с сайта oilcapital.ru

Технологии очистки акваторий от нефтяного загрязнения С помощью плавающих гидрофобных сорбентов-собирателей Принципиальная схема судна-нефтесборщика: 1 — сорбент, насыщенный нефтью; 2 - судно; 3 — клапан; 4 — гравитационный сепаратор; 5 — емкость-наполнитель; 6—кассетный адсорбер; 7—сброс чистой воды; 8—насос; 9 — заборное устройство; 10 — подвижная переливная грань. Механический способ (сбор вручную)

Технологии очистки акваторий от нефтяного загрязнения С помощью биодеструкторов или биосорбентов (содержат нефтеокисляющие бактерии) С помощью боновых заграждений

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ОД Способы очистки: Механические (процеживание, отстаивание, осветление, фильтрование) Физико-химические (флотация, адсорбция, экстракция, обратный осмос) Химические или реагентные (нейтрализация, окисление-восстановление) Биологические или биохимические (аэробные, анаэробные)

в водоем Усреднитель Блок механической очистки Блок биохимической очистки Усреднитель Блок биохимиче-ской очистки Обработка осадков сточных вод Сточные воды

Сточная вода Здание решеток Песколовка Радиальные отстойники Сооружения для обработки осадка сточных вод

Процеживание: решетки и сита

Отстаивание: песколовки

Отстаивание: отстойники Масло-жироуловитель Вертикальный и радиальный отстойники

Биохимическая очистка Аэробный процесс С6Н12О6 +6О2 --> 6СО2 +6Н2О + микробная биомасса + тепло Анаэробный процесс С6Н12О6 --> 3СН4 + 3СО2 + микробная биомасса  + тепло

Биохимическая очистка: аэротенки

Биохимическая очистка: аэротенки

Биохимическая очистка: радиальный отстойник

Фильтры для очистки воды

Биологические фильтры Дозирующий бак Сифон Спринклер Магистральная труба Распределительные трубы Дренаж из плиток Каналы для входа воздуха в дренаж Загрузка фильтра (щебень, насадка) Канал для отвода очищенной воды Фото с сайта http://2akva.ru/

Биофильтры Фото с сайта http://2akva.ru/

Биофильтры Биофильтр. Манагуа Фото с сайта http://2akva.ru/

Поля фильтрации

ЧИСТАЯ ВОДА – ЗАЛОГ ЗДОРОВЬЯ