в
Химическая и бактериальная деградация на дне
Рис. 1 1 7 .
Схема процессов распределения и разрушения нефти, разлитой в море
Сильно загрязняют водоемы поверхностно-активные вещества {ПАВ),
в том числе синтетические моющие средства (СМС),
широко применяемые в быту и промышленности. Присутствие СМС в воде придает ей неприятный вкус и запах. В загрязненных реках с быстрым течением образуется пена.
Концентрация СМС в воде в 1 мг/л вызывает гибель микроскопических планктонных организмов, 3 мг/л — гибель дафний и циклопов, 5 мг/л — заморы рыбы. СМС замедляют естественное самоочищение водоемов, действуя угнетающе на многие биохимические процессы.
Важную роль в ухудшении качества пресной воды играет эвтрофи- кация водоемов (от греч. «эутрофис» — хорошее питание). Снос биогенных веществ в водоемы в естественных условиях происходит очень медленно — в течение тысячелетий. Человек вносит на поля удобрения, и во время дождей, паводков они сносятся в водоемы. Быстрое накопление органических веществ, азотных и фосфорных удобрений в водоемах приводит к обильному размножению плавающих синезеленых водорослей. Вода мутнеет, в ней начинается разложение органических веществ, ухудшается снабжение воды кислородом, гибнут ракообразные и рыбы, вода приобретает неприятный вкус.
250
Рис. 1 1 8 . Накопление тяжелых металлов по цепям питания в пресноводном биоценозе:
1
— скопа; 2, 10 — щука; 3 — гнездо скопы; 4, 5 — ондатра; 6, 11 — окунь; 7, 16 — бактерии и фитопланктон; 8, 12 — плотва; 9 — речной рак; 14 — мотыль; 15 — зоопланктон
Опасными загрязнителями водоемов служат соли тяжелых металлов — свинца, железа, меди, ртути. Их поступление связано с промышленными предприятиями, расположенными на берегах водоемов. Иногда концентрация ионов этих металлов в теле рыб в десятки и сотни раз превышает исходную их концентрацию в водоеме (рис. 118).
Одна из важнейших причин уменьшения запасов пресных вод связана с сокращением водоносности рек. Она вызвана вырубкой лесов, распашкой пойм и осушением болот. За счет этого резко увеличивается поверхностный сток и понижается уровень грунтовых вод. Быстрое таяние снега весной, выпадение обильных дождей в этих условиях вызывает катастрофические половодья (рис. 119), а летом реки мелеют и иногда пересыхают полностью.
Основные меры по охране водных ресурсов.
Важнейшая мера по охране водных ресурсов — бережное их расходование. Сейчас при орошении полей около 25% воды теряется на фильтрацию и испарение. Надежная гидроизоляция дна и стенок каналов позволяет снизить непроизводительный расход воды и препятствует засолению почвы в за- сушливых районах. При использовании дождевальных установок рас-
Рис. 1 1 9 .
Разрушения, вызываемые наводнением ходуется в 5—6 раз меньше воды, чем при обычном поливе. Другой способ экономного расходования воды для полива — подведение воды непо- средственно к корневой системе плодовых деревьев при помощи капельниц.
Это позволяет избежать излишнего испарения и строго дозировать поступление воды к растениям.
Наиболее эффективный путь защиты водоемов от загрязнений — это создание безотходного производства,
когда отходы одной ступени про- изводственного цикла используются как сырье для другой. Однако в на- стоящее время не
существует универсальной бессточной системы, пригодной для различных отраслей народного хозяйства.
Наибольшее распространение получила очистка сточных вод. Со- временные методы очистки позволяют удалить различные примеси из сточных вод на 95—96%. Часто этого бывает недостаточно, но для даль- нейшей очистки воды необходимо строить более дорогие очистные со- оружения, что экономически невыгодно. Так как сточные воды многих предприятий сложно, дорого, а иногда невозможно очистить до такой степени, чтобы они стали безвредными для растений, животных и человека, их очищают частично и используют в замкнутых оборотных системах (рис.
120). За последние годы такие системы внедрены на нескольких нефтехимических, металлургических, целлюлозно-бумажных предприятиях.
Очистка сточных вод. В зависимости от степени и характера за- грязнения применяют механические, химические и биологические методы
252 очистки сточных вод. Механическими методами удаляют грубые дисперсные примеси с помощью решеток, сит, фильтров, отстойников, нефтеловушек.
Этими методами удаляют нерастворимые примеси из бытовых стоков — до
60%, из промышленных — до 95%.
Химическая очистка
— это добавление в сточные воды реагентов, способствующих образованию осадков из коллоидных и некоторых истинных растворов.
Биологическая очистка в естественных условиях происходит на специальных полях орошения или полях фильтрации. Здесь создается сеть магистральных и распределительных каналов и карт (площадок) шириной
20 м и длиной 100—150 м, окруженных земляными валами. Карты периодически заполняют сточными водами. Под воздействием солнечного света, воздуха, микроорганизмов они очищаются и просачиваются в грунт.
На поверхности карт образуется перегной. Через несколько лет после прекращения слива сточных вод поля фильтрации используют для выращивания трав, кормовых культур или овощей, которые можно употреблять в пищу после термической обработки.
241
Биологическая очистка сточных вод в искусственных условиях производится в специальных сооружениях — биофильтрах и аэротен-
9
17021 Чорнови. 10 (111 к л.
Рис. 120.
в> \ О
-„пнпв использование
Процессы
конденсирования воды
Ведение
Бытовые стоки
Схема безотходного производственного цикла воды: 1 — дозатор; 2 —
фильтровальная и насосная станции; 3 — градирни для охлаждения воды; 4 — станция очистки сточных вод; 5 — станция биохимической очистки; 6 — отстойники ках. Биофильтр представляет собой сооружение из кирпича или бетона, внутреннее его помещение заполнено прочным пористым материалом: шлаком, гравием, щебнем, керамзитом. На эти пористые материалы на- несена пленка микроорганизмов (бактерий, простейших и др.), которые в процессе жизнедеятельности поедают и разлагают органические вещества, очищая от них воду. В биофильтр периодически подаются сточные воды и воздух, идущий на процессы окисления. В аэротенках поступающим воздухом в сточных водах перемешивается активный ил, который состоит из сообществ аэробных микроорганизмов — минерализаторов органического вещества. Во вторичных отстойниках происходит отделение бактериальной пленки от чистой воды. В таких биофильтрах и аэротенках устраняется более 90% загрязнений органическими веществами.
Бытовые сточные воды могут содержать патогенные микроорганизмы, поэтому их обеззараживают жидким хлором или хлорной известью.
Работа очистных сооружений и установок на предприятиях контро- лируется законом об охране окружающей среды.
5*
254
Р и с . 1 2 1 .
Схема очистных сооружений
Дефицит пресной воды. Разбавление отходов. Поверхностно-актив- ные вещества (ПАВ). Синтетические моющие средства (СМС).
Водоносность рек. Химическая очистка воды. Биологическая очистка
255 воды.
Поля фильтрации.
Биофильтры.
Азротенки.
Бережное расходование пресной воды, своевременная и действенная очистка сточных вод, охрана водных ресурсов сокращают их дефицит и увеличивают возможности их использования.
■
Примеры и дополнительная информация
1.
Основную часть используемых человеком водных ресурсов составляет речной сток. Полный годовой сток рек на нашей планете — 37 тыс. км
3
Почти под каждой рекой течет подземная река, и подземный годовой сток составляет 13 тыс. км
3
. Обеспеченность пресной водой разных стран неодинакова. Наиболее богаты пресной водой Бразилия (5668 км
3
в год) и Канада (9740 км
3
в год). В нашей стране годовой сток рек составляет 4384 км
3
в год. Многие страны испытывают недостаток в пресной воде и импортируют ее. Вода транспортируется на десятки и сотни километров по трубопроводам, перевозится судами, автомашинами и даже самолетами. Привозную воду используют жители
Алжира, Голландии, Гонконга, Сингапура. По
данным Всемирной организации здравоохранения, примерно 1,2 млрд человек страдают от нехватки чистой питьевой воды.
2.
В сельском хозяйстве вода используется в огромных количествах: 70% от всего водопотребления. Для основных сельскохозяйственных культур установлены следующие нормы орошения (
R М
,!
на
1
га): зерновые — 1500—3500, многолетние травы — 2000—8000, хлопчатник — 5000—8000, рис — 8000—15 000.
3.
В коммунальном хозяйстве вода используется для бытовых нужд населения, на работу предприятий бытового обслуживания, мытье улиц и поливку зеленых насаждений, на противопожарные меры. Это составляет примерно 15% от расхода воды в промышленности.
Считается, что в благоустроенном городе на личные нужды каждый житель расходует 200—300 л воды в сутки. На одного жителя Москвы приходится свыше 400 л воды в сутки, на одного жителя Санкт-
Петербурга — более 300 л. В Лондоне каждый житель расходует 170 л воды в сутки, в Париже — 160 л, в Брюсселе — 85 л.
4.
Методы определения степени загрязнения водоемов различны. Это может быть прямое измерение концентрации загрязнителей (например, солей тяжелых металлов). Содержание органических веществ часто выявляют по количеству 0 2
, поглощенного определенным объемом воды в единицу времени, при бактериологическом анализе определяют количество бактерий в 1 см
-
* воды при выращивании колоний на питательных средах в лаборатории. Степень загрязнения воды можно
256 также установить по видовому разнообразию водных биоценозов. Около
800 обитателей пресных водоемов очень чувствительны к присутствию в воде органических веществ, они служат индикаторами благополучия в водных экосистемах.
5.
После громкого судебного процесса 1971 г. широко известным ку- мулятивным (накопительным) заболеванием стала болезнь Мина- мата. В
1950-х гг. предприятие по переработке руды сбрасывало отходы, содержащие ртуть, в воды залива Минамата (Япония). Бактерии перерабатывали ее в диметилртуть. По цепям питания она попадала и накапливалась в рыбах до 50 мг/кг. Люди, питаясь рыбой, получали сильнейшие отравления, нервно-паралитические заболевания, более 50 человек умерло. С 1955 по 1959 г. здесь каждый третий ребенок рождался с психическими и физическими ана- малиями. Рыбный промысел в заливе до сих пор запрещен; полагают, что на дне залива находится еще около 600 т ртути. Болезнь Минамата вошла во все справочники в качестве примера болезни, вызванной загрязнением окружающей среды и кумуляций ртути по цепям питания.
6.
Примером удачного использования оборотных вод в автохозяйстве служит замкнутая система «Кристалл». В ней использованная для мойки автомашин вода подается на вибрационные фильтры, где очищается от грубых взвесей и песка. Затем она поступает в фильтровальные колонны, заполненные синтетическим материалом — сипроном, который поглощает нефтепродукты. Очищенная вода собирается в резервуары и вновь используется для мойки автомашин. Повторное использование доочищенных сточных вод в 20—25 раз снижает потребление свежей воды и уменьшает сброс сточных вод в водоемы.
Q Вопросы. 1.
Найдите в справочнике описание физических и химических свойс
1
в воды: агрегажые состояния,
плотность воды и льда, температура кипения и плавления, удельная теплоемкость, теплота испарения, диэлектрическая проницаемость и др. Как эти свойства обусловливают роль и функции воды в при- роде и живых организмах?
2.
На какие нужды использует человек пресную воду?
3.
Какие вещества наиболее опасны при загрязнении водоемов и почему?
4.
Как можно определить степень загрязнения реки, озера?
5.
Как применяется правило региональности при использовании водных ресурсов?
6
Почему расход воды на орошение считается рациональным и в дальнейшем будет увеличиваться?
□
Задания.
1. Выясните, как используются поверхностные и подземные воды вашего района и области.
2.
Для ликвидации нефтяных разливов в океане пред- лагают поджигать нефть. Предскажите возможные экологические последствия применения такого способа ликвидации нефтяного загрязнения. 3. Предложите, как можно более рационально использовать водные ресурсы в вашем районе и сохранить их от загрязнений.
□
Темы
ДЛЯ дискуссий. 1.
Почему приходится искусственно очищать воду, если водоемы обладают способностью к самоочищению?
2.
Если столь велики преимущества в использовании замкнутых и оборотных циклов в промышленно- сти, то почему их недостаточно используют в настоящее время?
Подготовьте дискуссию на тему: «Уникальные свойства воды, имеющие значение для
257 жизни, антропогенные воздействия на водоемы и их последствия».
ВСПОМНИТЕ
Основныеместорожденияполезныхископаемых:каменного угля,нефти,газа,железной руды, цветных металлов в России и в миреМетоды добычи, обогащения и использования полезных ископаемых§ 37. Использование и охрана недр
Недра и их значение для человека. Недра — это верхняя часть земной коры, в которой добывают полезные ископаемые. Исключительно важное значение полезных ископаемых в развитии человеческого общества отражено в названиях длительных исторических периодов: «каменный»,
«бронзовый», «железный». В настоящее время использование полезных ископаемых достигло максимума и темпы эксплуатации их запасов продолжают возрастать.
Большинство полезных ископаемых относится к невозобновимым природным ресурсам, и их запас уменьшается по мере использования. По прогнозам ученых, в начале XXI века человечество исчерпает пятую часть железных руд, половину запасов никеля и кобальта,
большую часть запасов свинца, цинка, вольфрама (рис. 122). В настоящее время многие богатые месторождения с высоким содержанием металлов в рудах уже отработаны и используют бедные месторождения. Например, сейчас считается рациональной разработка медных руд с содержанием меди менее 1% — в 10 раз ниже, чем в первой половине XIX века. Создаются новые технологии извлечения металла, обогащения и переработки руд. Следовательно, одной из важнейших задач охраны недр является бережное расходование минеральных и энергетических ресурсов.
Потери при разработке полезных ископаемых достигают огромных размеров. Так, при мировой добыче ежегодно теряется меди 600 тыс. т, свинца — 300, цинка — 500. Отдача нефтеносных слоев в 1975 г. не пре- вышала 30%, к концу столетия она достигла почти 40%. млн т в год угля и железной руды
Рис. 122.
Возрастание мировой добычи полезных ископаемых
258
259
При современных технологиях добычи и переработки только 1—5% от всего объема извлекаемых полезных ископаемых реализуется в виде чистой продукции, а остальное является отходами. Поэтому важнейшим направлением в рациональном использовании и охране недр является совершенствование методов добычи, транспортировки и переработки по- лезных ископаемых.
Добывая полезные ископаемые шахтным и открытым методом, человек иногда полностью преобразует природные ландшафты. Сейчас
открытым способом в мире добывают до 70% минерального сырья. В районах открытых горных разработок обычными становятся безжизненные рукотворные,
«лунные» ландшафты. Такие рукотворные каньоны, «лунные долины», характерны для Курской магнитной аномалии, Криворожского бассейна,
Черемховского угольного месторождения.
Охрана недр включает в себя максимально полное использование разрабатываемых месторождений, что позволяет не начинать разработку новых. Полнота выработки служит характеристикой рациональности работы добывающего предприятия.
Преимущество отдается открытым способам добычи полезных иско- паемых, при которых месторождения разрабатываются с более высоким
КПД. Наиболее полной выработке месторождений способствует исполь- зование сопутствующих компонентов. Так, рационально одновременно с железом добывать сопутствующие ему титан, ванадий, молибден, кобальт, вместе с медью — кадмий, селен, галлий, вместе с нефтью — иод, бром, серу.
Применяемая ранее добыча только одного металла на месторождении полиметаллических руд считается сейчас нерациональной.
Большое значение в сохранении месторождений полезных ископаемых имеет использование в промышленности
вторичного сырья. Так, су- щественное увеличение производства металлов может быть достигнуто благодаря сбору и использованию металлолома.
Общая масса изделий из металла, которые сейчас находятся в обращении, составляет 6 млрд т.
Многие изделия сравнительно быстро изымаются из обращения из-за технического износа и морального старения. Подсчитано, что 20—25% металла, заключенного в них, может сравнительно быстро вновь исполь- зоваться в производстве, а еще 40—45% — через более долгий срок. Общие запасы потенциального металлолома таковы, что могут долгое время полностью удовлетворять промышленность в сырье. При этом 1 т чугунного или стального лома может сберечь 3,5 т минерального сырья, 2 т железной руды, 1 т кокса и 0,5 т известняка.
Для сокращения потерь при транспортировке сырья все чаще переходят на использование трубопроводов и контейнеров. Газо проводы и нефтепроводы постепенно вытесняют другие средст ва доставки газа и нефти по суше.Одним из путей сохранения полезных ископаемых служит использование
попутных энергетических ресурсов. Например, мало используется тепло,
260 образующееся при сжигании топлива на цементных заводах, в мартеновских печах. Оно в этих производствах теряется и рассеивается вместе с отходящим паром.
Экономия ископаемых энергетических ресурсов возможна также при переходе на использование
альтернативных источников энергии — геотермальных вод, энергии солнца, ветра и морских приливов.
Важное значение имеет замена редкого минерального сырья синте- тическими материалами. Металлы во многих случаях успешно заменяют пластмассами.
Охрана природной среды при разработке полезных ископаемых.
Добыча полезных ископаемых сопровождается существенными из- менениями окружающей природной среды из-за создания отвалов, тер- риконов, карьеров, появления провальных воронок, загрязнения воздуха, воды, почвы. Отвалы образуются из пустой породы, которую поднимают из недр вместе с рудой и углем и после сортировки сваливают вблизи шахт и штолен. Порода, сложенная в терриконы и содержащая остатки каменного угля, часто самовозгорается. Поэтому терриконы дымят в течение многих лет, дополнительно загрязняя окружающую среду. Когда месторождения разрабатывают открытым способом, в карьере, вынутые породы
покрывают большие площади плодородных земель, занятых ранее полями, лугами, лесами.
Скачать 8.41 Mb.