Приир. Учебники и учебные пособия для высших учебных заведений в. А. Медведский Т. В. Медведская сельскохозяйственная экология
 Скачать 1.54 Mb.
|
|
Нормативы бактериальной чистоты питьевой воды Показатель Норматив Число микроорганизмов в 1 мл воды Не более 100 Число бактерий группы кишечной палочки в 1 мл воды (коли-индекс) Не более 3 Необходимость использования косвенных показателей обу- словлена низкой концентрацией патогенных энтеробактерий, а также трудностью культивирования их на искусственных питательных сре- дах, при которых не обеспечивается достоверность отрицательного результата прямого метода их выявления. Правомерность же выводов на основании косвенных показателей бактериологического состава воды подтверждена как экспериментально, так и в производственных условиях. Существующие показатели безвредности химического состава воды включают нормы для веществ: встречающихся в природных во- 108 дах; добавляемых к воде в процессе ее обработки в виде реагентов; появляющихся в результате промышленного и сельскохозяйственного загрязнения водоисточников. При этом одна группа показателей при- звана обеспечить безопасность воды в токсикологическом отношении, другая – не допустить нарушения органолептических свойств воды (табл.). Перечисленными нормативами регламентация химического состава воды не ограничивается. Специальным пунктом стандарта установ- лено, что содержание в воде химических элементов, поступающих в водоем с промышленными, сельскохозяйственным и бытовыми за- грязнениями, нормируются в пределах, указанных в списке предельно допустимых концентраций химических веществ в воде водных объек- тов. Список утверждается органами здравоохранения страны и вклю- чает в настоящее время нормативы более чем для 800 соединений. Вода, используемая для рециркуляции не должна содержать токсических веществ. В ней должны отсутствовать возбудители ин- фекционных, инвазионных и вирусных заболеваний, то есть вода должна быть безопасной для животных и человека. Улучшение качества воды. Способы улучшения природной воды зависят от ее свойств и требований, которые предъявляются к качеству воды. Они проводятся, прежде всего, за счет улучшения качества и обеззараживания воды. Очистка воды направлена на улучшение ее органолептических, физических, несколько меньше химических и еще меньше биологиче- ских (наличие микроорганизмов) свойств. Для очистки воды должны оборудоваться соответствующие сооружения. Очистка воды включает проведение осветления и обес- цвечивания с помощью коагуляции, отстаивания и фильтрации. Коагулирование – процесс укрупнения мельчайших коллоид- ных частиц, происходящих под действием сил молекулярного сцепле- ния. В результате коагуляции образуются хлопья. Различают два вида коагуляции в свободном объеме (в камерах) толщи зернистого мате- риала или в массе взвешенного осадка (контактную). Коагулирование воды при ее осветлении и обесцвечивании осуществляют для интенси- фикации процессов осаждения и фильтрования. При этом из воды вы- деляют не только диспергированные примеси, но и вещества, находя- щиеся в коллоидном состоянии. В качестве коагулянта обычно приме- 109 няют сернокислый алюминий, а также используют неочищенный гли- нозем, который содержит 33%-ный безводный сульфат алюминия. В настоящее время отечественная промышленность стала выпускать очищенный глинозем, содержащий не более 1% нерастворимый при- месей (неочищенный имеет до 23% примесей). В качестве коагулянта используется также оксихлорид алюминия ([Al 2 (OH) 3 ]Cl 6H 2 O) и алюминат натрия (NaAlO 2 ), при коагулировании которыми рН воды практически не изменяется, что очень важно по технологическим со- ображениям. Доза коагулянта может быть различной и зависит от рН воды, наличия бикарбонатов, гуминовых веществ, характера взвеси, мутно- сти, цветности и колеблется от 30 до 200-300 мг на 1 л воды. Коагулянт добавляют в воду в виде порошка или 2-5%-ного водного раствора. Для ускорения процесса коагуляции мягкую воду, которая со- держит мало бикарбонатов кальция и магния, следует подщелачивать гашеной известью Ca(OH) 2 или содой. Для этого также применяют вы- сокомолекулярные вещества – флокулянты. Так, препарат полиакри- ламид (ПАА) в дозе 0,5-1,0 мг на 1 л воды ускоряет процесс коагуля- ции и позволяет экономить коагулянт. Отстаивание – осветление воды путем осаждения находящихся в ней взвешенных примесей. Когда вода находится в покое или дви- жется с небольшой скоростью, примеси под действием силы тяжести выпадают в осадок. Для осаждения взвеси отстаиваемую воду пропускают с малой скоростью через специальные отстойники. Скорость движения воды зависит от формы взвешенных частиц, их размеров, плотности, шеро- ховатости частиц и температуры воды. Отстойники могут быть естественными (озера) и искусствен- ными (горизонтальными, вертикальными и радиальными). Горизонтальные отстойники представляют собой прямоуголь- ные железобетонные резервуары, в которых вода движется в горизон- тальном направлении от одного торца к другому. Вертикальные отстойники представляют собой круглые или квадратные железобетонные резервуары, в которых вода движется снизу вверх. Осаждение взвеси происходит при восходящем потоке воды. Осадок из вертикальных отстойников удаляют, не выключая их из работы. 110 Радиальный отстойник – круглый железобетонный неглубокий резервуар. В радиальных отстойниках скорость движения воды изме- няется от максимальной в их центре до минимальной у периферии, так как движение воды в них осуществляется от центра к периферии. При этом вода проходит через специальные распределительные устройства и движется в радиальном направлении к периферийному сборному желобу, из которого отводится по трубам. Осадок при помощи вра- щающейся фермы со скребками сгребают к приямку в центре отстой- ника, откуда его удаляют по трубе для сброса. Осветление воды проводят в специальных сооружениях – ос- ветлителях различного типа. После коагуляции, отстаивания, осветления в воде могут оста- ваться мелкие хлопья, не осевшие в отстойниках, и мелкие частицы, взвешенные в воде. Для дальнейшей очистки воды применяют фильт- рацию, которую осуществляют в специальных установках-фильтрах через фильтрующий материал (песок). По скорости фильтрования фильтры делят на медленные (0,1- 0,3 м 3 /ч), скорые (5-12 м 3 /ч) и сверхскорые (36-100 м 3 /ч); по давлению, под которым они работают – на безнапорные (открытые) и напорные; по крупности фильтрующего материала – на мелкозернистые, средне- зернистые и крупнозернистые; по количеству фильтрующих слоев – на однослойные, двухслойные и многослойные. В большинстве случаев фильтрование сочетается с другими методами очистки воды. Обычно через фильтры пропускают воду, прошедшую коагулирование, отстойники или осветлители. Фильтры применяют также для осветления воды при ее реагентном умягчении или при удалении железа. В некоторых случаях фильтры используют для осветления некоагулированной или неотстояной коагулированной воды. В процессе фильтрации на поверхности фильтра образуется так называемая биологическая пленка, состоящая из мелких частиц, взвешенных в фильтрующей воде планктона и бактерий. Благодаря этому на поверхности фильтра задерживается мелкая взвесь, за счет чего значительно повышается полнота фильтрации. С течением времени биологическая пленка уплотняется и уве- личивает сопротивление фильтра. Поэтому периодически проводят очистку медленных фильтров. Для этого один раз в 1,5-2 месяца вруч- ную (скребками) снимают 2-3 см верхнего слоя песка и на некоторое 111 время фильтр выключают из работы, затем после образования новой пленки начинают фильтрат направлять в сборники для чистой воды. Установлена роль отдельных элементов в водообработке в ос- вобождении воды от вирусов. Большая часть вирусов адсорбирована на частицах, первично взвешенных в воде, на хлопьях, образовавшихся в результате реакции этих частиц с коагулянтом. При осаждении хлопь- ев в эксперименте удавалось удалить из воды до 99,9% вирусов; в ус- ловиях эксплуатации водопроводных станций этот процент составил 90-95%. Удаление вирусов из воды происходит параллельно устране- нию мутности. Следовательно, процессы осветления воды обеспечи- вают существенное снижение содержания в ней бактерий и вирусов, что позволяет значительно повысить эффективность заключительного обеззараживания. Таким образом, мутность приобретает значение косвенного показателя степени освобождения воды от вирусов. После отстаивания, коагуляции и фильтрования вода стано- вится прозрачной, бесцветной, освобождается от яиц гельминтов и на 20-25% от содержавшихся в ней микробов. Поэтому питьевую воду, которая представляет опасность, как источник инфекции, необходимо обеззаразить. Обеззараживание воды можно проводить одним из четырех методов: термическим, химическим, олигодинамией (воздействие ио- нов благородных металлов), физическим (ультразвук, радиоактивное облучение, ультрафиолетовые лучи). Наиболее широко в качестве обеззараживающих средств применяют окислители: хлор, озон, гипо- хлорид натрия. Хлорирование воды на крупных водопроводных станциях про- водят жидким (газообразным) хлором, а на малых – хлорной известью. Под действием хлора большинство микроорганизмов, находящихся в воде, погибают. Газообразный хлор на стации поступает в специаль- ных стальных баллонах под давлением до 0,8 Мпа. Из баллонов хлор подается в хлораторы, в которых осуществляется смешивание его с некоторым количеством воды. Полученная «хлорная вода» поступает для обработки питьевой воды. При использовании хлорной извести для обеззараживания во- ды необходимо учитывать содержание в ней активного хлора (оно должно быть не менее 25%). Раствор хлорной извести применяют 1- 112 2%-ной концентрации, время контакта воды и раствора должно состав- лять не менее 45-60 мин. Надежность обеззараживания воды достигается и количеством вводимого раствора хлорной извести. Для этого в начале определяют хлорпотребность воды. В большинстве случаев достаточно 1-3 мг хло- ра на 1 л. В воде, используемой для поения животных, остаточного сво- бодного хлора должно быть не менее 0,3 мг и не более 0,5 мг на 1 л. Коли-титр в хлорированной воде должен быть не менее 300. Если хлорирование воды проведено большими дозами хлорной извес- ти, то для уничтожения ее излишков (о чем свидетельствует явный за- пах хлора) необходимо дехлорировать воду 0,5%-ным раствором тио- сульфата натрия (гипосульфит) или сернокислым натрием. Хлорирование воды в колодцах можно производить с помо- щью дозирующих патронов, изготовленных из пористой керамики. Емкость патрона 0,25, 0,5 и 1 л. Внутри патрона помещают соответст- венно 150, 300 и 600 г хлорной извести и добавляют 100-300 мл воды. Содержимое патрона перемешивают до образования однородной ка- шицы, закрывают пробкой и погружают на проволоке в воду на рас- стоянии 20-50 см от дна. Длительность действия патрона составляет 20-30 суток. Патрон используют многократно. Кипячение является простым и надежным способом обеззара- живания больших объемов воды. В практике хозяйственно-питьевого водоснабжения прибегают к специальным методам обработки воды с целью коррекции ее солево- го состава. Наиболее распространены обезжелезивание, фторирование и дефторирование воды. Как правило, указанные методы применяют при использовании подземных источников водоснабжения. Однако обезжелезивание бывает необходимым и для поверхностных водоис- точников при питании из болот, а установки для опреснения позволяют использовать морскую воду. Контроль и управление качеством воды и водных объектов Контроль и управление качеством воды в настоящее время рассматривается в качестве санитарной охраны водоемов вследствие исключительной значимости воды как элемента окружающей среды. С экологических позиций значение воды двояко: во-первых, она является 113 главной «образующей» средой для водных, а во-вторых, играет ре- шающую роль в жизни любых наземных биогеоценозов. В отличие от атмосферы вода как природное тело более локализовано в пространст- ве, что существенно сказывается на результативности ее загрязнения с точки зрения влияния на здоровье человека. В задачи специалиста сельского хозяйства охрана водных ре- сурсов непосредственно не входит. Однако рациональное и бережное использование, а также предотвращение загрязнения воды промыш- ленными стоками – его прямая обязанность. Важнейшей задачей в условиях промышленного развития и временной неизбежности отведения (или попадания) отходов в водные биогеоценозы является установление допустимых нагрузок на водные объекты в результате водопользования и водопотребления. Степень предельно допустимого загрязнения воды в водном объекте, определяемая его физическими способностями, а также спо- собностью к нейтрализации примесей, рассматривается как предельно допустимая нагрузка на данный водный объект (ПДН). Критерием загрязненности воды служит ухудшение ее качества вследствие изменения ее органолептических свойств и появление вредных веществ для человека, животных, птиц, рыб, кормовых и про- мысловых организмов (в зависимости от вида водопользования), а также повышение температуры воды, изменяющей условия для нор- мальной жизнедеятельности водных организмов. Это положение кос- венно учитывает тот факт, что водные объекты представляют собой сложные биогеоценозы, но содержит ряд неточностей, которые эколо- гически грамотный специалист обязан понимать. Во-первых, нельзя говорить «для животных, птиц, рыб», ибо и птицы, и рыбы, и зоо- планктон – все это животные. Во-вторых, неверно считать критерием загрязненности «повышение температуры воды», поскольку условия могут ухудшиться и при понижении температуры, вызываемом, на- пример, изменением процессов таяния снега и льда. Правильно гово- рить об «изменении температурного режима воды». Водоохранными мероприятиями называют комплекс меро- приятий, осуществление которого обеспечивает соблюдение норм ка- чества воды в местах водопользования. Это положение также неправо- мерно с позиций экологии и охраны окружающей среды, ибо охрана только в местах водопользования недостаточна. 114 Различают четыре основных аспекта водоохранных мероприя- тий: юридический, экономический, технический и организационный. Однако фактически их не четыре, а пять, поскольку наиболее важный аспект – экологический. Проблема дефицита питьевой воды Возможность получения пресной воды была одним из главных условий (или предпосылок) зарождения цивилизации, существования людей и развития любых производств. Для своих поселений человек издревле выбирал места вблизи водотоков. Посмотрите на карту мира. Все крупные города (да и большинство малых) основаны вблизи непо- средственной близости водных источников – рек. Пути расселения че- ловека по Земле также оказались путями воды. Заселение материков начиналось от рек. Вода с древнейших времен стала важнейшим и са- мым дешевым транспортным путем. Древнейшие культуры начинали развиваться как водные циви- лизации. Около 3-4 тысячелетий назад в плодородном междуречье Ти- гра и Евфрата неведомые нам люди начинали сеять зерно. Именно это место считается одним из древнейших очагов цивилизации на планете. Здесь развивались государства Ассирия, Вавилония, Шумер. Уже тогда наши предки осознали: вода – это жизнь. Точно так же на жирных на- сосных почвах, образованных Индом и его протоками, выросла древ- няя индийская культура, а возникновение китайского земледелия при- нято связывать с рекой Вэйхэ – притоком Хуанхэ в Северном Китае. Африка, где недостаток воды сказывается особенно сильно, также дала миру древнюю цивилизацию – египетскую. По берегам Ни- ла возник созданный человеком оазис. Зеленая извилистая кромка вдоль берегов реки, окруженная пустыней, - вот то место, упоминание о котором связывается у нас с именами египетских фараонов. В выс- шей степени практичные египтяне начали ежегодно отмечать высоту паводка на Ниле за 3 тыс. лет до нашей эры. С научной точки зрения сами паводки египтян не интересовали, но высота воды показала, какая площадь будет затоплена, а это давало возможность определить вели- чину налогов с урожая. В жизни древних египтян Нил играл настолько большую роль, что деление года на периоды проводилось ими с учетом состояния реки. Год начинался среди лета, когда разливалась река. Он делился на три сезона: сезон наводнения, сезон роста и сезон уборки урожая при самой низкой воде. 115 Человечеству для жизни нужна не просто вода, не любая вода, а вода пресная и определенного качества. А ее очень и очень мало. Ус- тановлено, что из каждых 100 л воды на Земле 97 л имеют соленый вкус. Современные исследования показали, что суммарные запасы всех видов пресных вод суши – рек, озер, подземных и снежно-ледниковых ресурсов не превышают 2,5% от общего количества воды на Земле. Запас воды в реках и озерах оценивается цифрой в 95000 км 3 , т.е. всего 0,26% от суммарных ресурсов пресных вод, или 0,007% от общих запа- сов воды на Земле. Недостаток воды и ее плохое качество напрямую влияют на здоровье людей и животных. Некоторые наиболее опасные заболева- ния встречаются именно в местах, где весьма затруднен доступ к ис- точникам чистой воды. Проблема питьевой воды связана с проблемой использования ее для получения продуктов питания. Сельское хозяйство требует больших водных затрат. А если приплюсовать сюда такого потребите- ля воды, как промышленность, то становится понятным, почему мед- ленно, но верно запасы пресных вод на планете иссякают. Если в нача- ле века промышленность потребляла всего 30 км 3 воды в год, то к 1975 г. водопотребление возросло до 630 км 3 , и, по прогнозам, в 2015 г. оно достигает 2750 км 3 в год. Насколько велики потребности в воде в промышленности и сельском хозяйстве, можно судить по следующим цифрам. Для произ- водства сахара из 1 т сахарной свеклы требуется 0,5-6 м 3 воды, 1 т бу- маги – 1,5-60 м 3 , 100л пива – 5-21 м 3 , для дубления 1 т сырой кожи – 20-50 м 3 ; для выработки 1 т пряжи – до 200 м 3 , 1 т капронового волокна – 5600 м 3 , 1 т стали – 25 тыс.л., для выпуска одного автомобиля – 300 тыс.л., для орошения 1 га хлопка – 5-6 тыс. м 3 , 1 га риса – 15-20 тыс. м 3 Растущие города требуют свою долю живительной влаги. Для обеспечения потребности в воде современного города с миллионным населением требуется, по крайней мере, 0,5 млн. м 3 воды в сутки из расчета 0,5 м 3 на человека. Обычно город сталкивается с триединой водной проблемой: снабжение водой, отвод сточных вод и пополнение запасов воды. Уже сейчас из-за загрязнения природных вод многие города вынуждены пополнять водные запасы из источников, находя- щихся на большом удалении от них, либо бурить глубокие водозабор- ные скважины. Все это требует затраты огромных средств. 116 Если учесть все сказанное, можно прийти к довольно печаль- ному выводу. В первой четверти будущего века водные ресурсы на нашей планете будут практически близки к исчерпанию. В отдельных же странах, регионах и речных бассейнах источники воды могут быть исчерпаны значительно раньше. Поэтому решение водной проблемы должно вестись по трем главным направлениям: ограничение эксплуа- тации подземных запасов вод, экономия воды путем более эффектив- ной ее доставки и регламентирования потребления, а также возрожде- ние некогда чистых, а теперь загрязненных естественных водоемов. |