Экологические проблемы водных ресурсов г. Владикавказа.
Вложение | Размер |
---|---|
odna_iz_glavnyh_prichin_zagryazneniya_vodnoy_obolchki_zemli.docx | 46.84 КБ |
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
Средняя общеобразовательная школа №14
II открытый конкурс научно-исследовательских работ
школьников «ЛАРИОНОВСКИЕ ЧТЕНИЯ»
(в рамках Российской программы «Юность, Наука, Культура»)
Естественно-научное направление
Секция: экология
Старшая возрастная группа
Экология воды
Автор:
Епишев Анатолий Анатольевич
ученик 8 «А» класса
МБОУ СОШ №14 г. Владикавказа
Научный руководитель:
Епишева Ирина Ивановна
учитель химии
МБОУ СОШ №14 г. Владикавказа
Владикавказ 2013
План
Введение…………………………………………………………………………………………….3
Заключение……………………………………………………………………………………………18
Литература…………………………………………………………………………………………….19
Приложение………………………………………………………………………………………………20
2
Введение
Ученые подсчитали, что 97.5% всех запасов воды на планете Земля приходится на соленые воды морей и океанов. Иными словами, пресная вода составляет только 2.5% мировых запасов.
Если учесть, что 75% пресной воды "заморожено" в горных ледниках и полярных шапках, еще 24% находится под землей в виде грунтовых вод, а еще 0.5% "рассредоточено" в почве в виде влаги, то получается, что наиболее доступные и дешевые источники воды — это реки, озера и прочие наземные водоемы, на долю которых приходится чуть больше 0.01% мировых запасов воды.
Актуальность данного исследования: одна из главных причин загрязнения водной оболочки Земли, приводящая к дефициту чистой пресной воды - сброс в поверхностные (а через почву и в подземные) водоемы неочищенной воды, содержащей загрязняющие вещества.
Загрязнение окружающей среды - это поступление в нее веществ (твердых, жидких, газообразных), биологических агентов энергии в количествах или концентрациях, превышающих естественный для данной экосистемы уровень.
Как отмечается в декларации ООН «Об окружающей среде», любое вещество считается загрязнителем, если оно встречается в ненадлежащем месте, в ненадлежащем количестве и в ненадлежащее время. И эти место, количество и время «назначает» уже не природа - распорядительница жизни на Земле, а индустрия, создающая свои незамкнутые круговороты веществ, что приводит к антропогенному загрязнению всех компонентов биосферы.
Тезисы, выносимые на защиту:
2
жизнедеятельности человека и всего живого на Земле, все вышесказанное наглядно подтверждает сакраментальный тезис о том, что вода — одно из самых драгоценных сокровищ нашей планеты.
3
Вода - ничем незаменимый вид природных ресурсов, без нее невозможно развитие ни одной отрасли народного хозяйства. Она является важным и самым ранимым элементом окружающей среды. С нею тесно связаны практически все другие звенья природы и хозяйства.
Для непосредственного использования в народном хозяйстве пригодна лишь сравнительно небольшая часть общих запасов воды - пресные воды.
Для удовлетворения своих естественных потребностей человеку нужно всего 1-2 литра воды в сутки, а по самым комфортным нормам - 0.5 куб. м/сут. Однако в современном мире острота водной проблемы определяется не бытовым водопотреблением, а хозяйственным.
Человек в процессе хозяйственной деятельности используют воду для производства промышленной и сельскохозяйственной продукции, энергии и других целей. Водные ресурсы при этом истощаются как качественно, так и количественно. Ежегодно около 300 куб. км. вод забирает народное хозяйство нашей страны из водных объектов, причем около 2/3 этого объема потребляется безвозвратно или теряется при транспортировке, в процессе эксплуатации водных ресурсов. Использование воды не ограничивается её безвозвратным потреблением. Возвращаемая в водные объекты «отработавшая» вода несет в себе отходы производства. Сотни видов органических и неорганических веществ в растворенном и взвешенном соотношении попадают в отработанную воду. Содержание этих веществ в водных объектах лимитируется государственными органами с помощью показателей предельно допустимой концентрации (ПДК) их в зависимости от вредоносности каждого вещества. Если же фактическая концентрация превышает допустимую, то для снижения концентрации до уровня не выше ПДК сточная вода должна быть разбавлена, свежей водой. Вот здесь и скрыт
4
крупнейший потребитель воды. Так качественное истощение водных ресурсов превращается фактически в их качественное истощение. Водопользование - как айсберг, видимая часть - забор воды из источника, а невидимая - объем разбавляющей воды, во много раз превышающий видимый объем. Так, для производства 1 тонны картона, по нормам современной технологии, расходуется 65 куб. воды, а на разбавление загрязняющих веществ - отходов производства, содержащихся в сточных водах даже после их биологической очистки и доочистки, требуется 1485 куб. м/т, то есть удельный объем водопользования составит 1550 куб м/т.
Очевидно, что для экономичного, рационального водопользования необходимо не только сохранить удельное, на единицу продукции, потребление свежей воды, но прежде всего сокращать объем загрязняющих веществ, что, в свою очередь, позволит снизить общий объем водопользования.
Даже самая совершенная очистка сточных вод позволяет избавиться лишь от 95-99% загрязнений, тогда как создание замкнутых циклов водопользования практически полностью прекращает сброс сточных вод в водоемы.
Орошаемое земледелие является крупнейшим потребителем пресной воды. Ежегодно на орошение забирается около 200 куб. км. воды, причем потери воды на фильтрацию, испарение и сброс составляют около 40%. Здесь опять-таки внедрение новых методов и техники полива могут явиться важнейшим направлением в борьбе за экономию воды. При использовании дождевых машин, капельного орошения, закрытой оросительной сети потери воды составляют всего 10%. Сокращения фильтрации в старых открытых оросительных системах можно добиться выстиланием ложа каналов бетоном или пленкой.
5
Водопотребление в ближайшее время будет возрастать, а значит, будут расти и потери воды, если не будет проводиться коренное изменение водопользования. Для устранения дефицита пресной воды необходимо разрабатывать новые нетрадиционные пути: опреснение сточных вод, искусственное стимулирование осадков, использование подземных вод. А пока необходима всемирная экономия и эффективное использование водных ресурсов.
6
Реки, протекающие через городскую территорию Владикавказа, подверженны сильному антропогенному воздействию. Поэтому важно следить за состоянием водных обьектов, иследовать изменения, происходящие под влиянием инфраструктуры города.
Город является одним из крупнейших потребителей воды в республике. Для хозяйственно-питьевых нужд используются подземные воды из 8 водозаборов, однако экологическая защищенность их низка. Загрязненные сточные воды промышленных предприятий и объектов жилищно-коммунального хозяйства зачастую сбрасываются в систему городской канализации или прямо в водоемы. Есть предприятия, которые после очистки на локальных очистных сооружениях, а порой и без очистки, сбрасывают стоки в
поверхностные водоемы, в реку Терек: ОЗАТЭ, крахмальный завод, “Электроцинк”, “Победит”, стекольный, “Фронтон”, “Кристалл”, “Топаз” и другие. Образующаяся на территории города система водоотведения бытовых и производственных сточных вод находится на балансе ПВКХ. Фактически на очистные сооружения сбрасывают в сети 210 –280 тыс. куб. метров загрязненных стоков, что приводит к их перегрузке.
В период паводков, которые обусловлены дождями, размывающая и разрушающая деятельность Терека и его притоков очень велика. После паводков остается много наносов, в результате чего дно реки нарастает. Поскольку в Терек и его притоки впадает большое количество потоков, берущих начало из минеральных источников, вода в них слегка минерализирована.
Реки Северной Осетии имеют смешанное питание: ледниковое, снеговое, дождевое и подземными водами.
7
По типу водного режима все реки подразделяются на две группы: 1)реки с половодьем в летнее время, в питании которых преимущественно принимают участие ледники и снега (рр. Терек, Ардон, Урух, Фиагдон, Цейдон и другие.), 2) реки с весенним половодьем, в которых повышается величина дождевого питания при значительной доле сезонного - снегового и грунтового. К рекам это группы относятся Камбилеевка, Майрамодаг, Суадаг, Садон, Урсдон и другие. Летнее половодье на этих реках отсутствует.
Речная сеть Северной Осетии принадлежит к бассейну реки Терек. Почти все его притоки впадают с него в слева. Терек, впадает в Каспийское море. Он, имеет длину 623 км, площадь бассейна 43,2 тыс. км.
Для выявления влияния территории города Владикавказа на качество воды реки Терек были выбраны два измерительных створа: нижний (верхний) – был расположен выше городской черты, второй (нижний) – на территории города, в районе площади Революции. Пробы из реки Терек в обоих створах были отобраны в январе 2013 года. Для исследования нами были выбраны следующие показатели: кислотность (колориментрический метод с точностью 0,5 pH в интервале 2-14); содержание кислорода (упрощенным методом Винклера с точностью 0,1 мг/л); температуры воды и воздуха ( с помощью термометра с точностью 0,1 градус Цельсия ).
Результаты химического анализа воды в двух створах приведены в таблице 1.
Гидрохимический состав | Верхний створ | Нижний створ |
Температура воды | -15 CО | -9 CО |
Температура воздуха | -7 CО | -3 CО |
O2 | 10,4 мг/дм | 7,49 мг/дм |
pH | 7,5-7,6 мг/дм | 7,5-7,6 мг/дм |
8
Из результатов анализа следует, что химический состав реки Терек выше городской черты и в черте города заметно различается. В верхнем створе несколько выше растворенного в воде кислорода. Это может быть связанно с тем, что здесь в воде содержится меньше органических веществ, на окисление которых расходуется много кислорода. Количество объектов, сбрасывающих сточные воды в водоемы, составляет 37. Объем сбрасываемых сточных вод составляет 113, 65 млн.м.
При этом из общего объема сточных вод было сброшено:
- загрязненных без очистки - 9,48 млн. м3;
- недостаточно очищенных - 80,77 млн. м3;
- нормативно очищенных - 4,4 млн. м3;
- нормативно-чистых (без очистки) - 24,8 млн. м3;
Ухудшение качества сбрасываемых сточных вод связано с тем, что практически все очистные сооружения коммунального хозяйства не работают, как положено и стоки без очистки сбрасываются в поверхностные водные объекты и объемы нормативно-очищенных стоков перешли в объемы недостаточного очищения. В республике в рабочем состоянии очистные сооружения только в городе Моздоке, которые при этом работают с перегрузкой.
Поступления загрязненных хозяйственно-бытовых и промышленных вод делает речную воду менее кислой. Соответственно в ней повышается содержание азота, фосфора и их производных в среднем в 3,5 раза. Избыток этих веществ в природной воде приводит к интенсивному развитию бактерий.
Кроме того, в черте города наблюдается захламление русла и прилегающей зоны, поступление не прошедших очистку сточных вод прямо в реку с площадей, улиц и автодорог.
9
Состав загрязняющих веществ в сточных водах и их концентрации зависят от источника загрязнения, характера и технологии производственного процесса.
Достаточно распространенный вид загрязнения, носящий сезонный характер, - загрязнение водоемов поваренной солью NaCL, которую используют для таяния льда и снега в зимнее время. Поваренная соль в широком диапазоне концентраций не токсична для большинства живых организмов. В среднем максимально допустимая концентрация хлоридов составляет 2500 мг/л, при повышении общей загрязненности воды другими веществами этот порог снижается. При очень сильном загрязнении водоемов хлоридами происходит гибель высшей биоты - рыбы.
Содержание хлоридов в воде определяется её пригодностью для питья и полива растений. Для питьевой воды значение ПДК хлоридов, выбранное по органолептическому признаку, составляет 200 мл/л (при большом содержании вода либо солона, либо горька).
Попадание в сточную воду тяжелых металлов связано с деятельностью предприятий различных отраслей, а также с вымыванием этих металлов из свалок промышленных и бытовых отходов атмосферными осадками и поступлением их в грунтовые воды.
Обычно тяжелые металлы скапливаются в донных отложениях водоемов в виде карбонатов, сульфатов или сульфитов, адсорбируются минеральными и органическими осадками. При наступлении адсорбционной насыщенности осадков тяжелые металлы оказываются в воде. Переход тяжелых металлов из донных отложений в воду возможен также при повышении кислотности воды. Находясь в воде, тяжелые металлы включаются в цепи питания живых организмов – водорослей, зоопланктона, рыб, человека.
10
Например, такой жизненно необходимый элемент (биоген), как марганец, может оказаться очень токсичным. При окислении он выпадает в воде в виде нерастворимого оксида МnO2, который с помощью анаэробных микроорганизмов переходит в растворимый в воде и токсичный ион Мn+2:
МnO2 + 4Н+ + 2e = Мn+2 + 2Н2О
Тяжелые металлы взаимодействуют с жирами, что обуславливает большой период полувыведения их из организма – время, в течение которого выделяется или разрушается половина усвоенного организмом вещества. У растений, аккумулирующих тяжелые металлы, устойчивость к их действию выше, чем у животных и человека, поэтому следует обращать внимание на содержание тяжелых металлов в растениях, употребляемых в пищу.
Удобрения также могут стать источником загрязнения водных ресурсов. Удобрения смываются с полей при их нерациональном использовании или, неусвоенные растениями, вымываются из почвы обильными дождями, попадают в грунтовые воды, а затем в поверхностные водоемы. Присутствующие в почве ионы NO3- , NH4+ ,H2РО4- ,НРО4- , попадая со сточными водами в водоемы, способствуют их зарастанию фитопланктоном. Наряду с удобрениями источниками фосфатов служат моющие средства. Нитраты и фосфаты также образуются в водоемах в результате микробиологического разрушения органических отходов.
Явление насыщения вод питательными веществами (в частности, в результате смыва удобрений с полей), способствующие усиленному росту водорослей, бактерий, потребляющих разлагающиеся водоросли и поглощающих кислород, и ведущие к гибели водной биоты, называются эвтрофированием.
Анропогенное эвтрофирование внешне проявляется «цветением» воды и ведет к нарушению условий существования в ней и гибели высшей водной
11
биоты.
При увеличении концентрации азота и фосфора в воде начинают преобладать сине-зеленые водоросли, некоторые из них придают воде неприятный запах и вкус, могут выделять токсичные вещества. При разложении водорослей в результате целого ряда взаимосвязанных процессов брожения в воде увеличиваются концентрации углекислого газа СО2, аммиака NH3, сероводорода Н2S
Растворимые соединения азота не только способствуют зарастанию водоемов, но и повышают токсичность воды, делают ее опасной для здоровья людей, если такая вода используется как питьевая, поступает в водопровод. Попадая вместе с пищей в слюну и тонкие кишки, нитраты микробиологически восстанавливаются до нитритов. В результате чего в крови образуются нитрозил-ионы:
NO2- + H+ NO+ + OH-
Нитрозил-ионы могут окислять железо (II) в гемоглобине крови до железа (III):
Fe2+ + NO+ Fe3+ + NO
что препятствует связыванию кислорода гемоглобином. В результате появляются симптомы кислородной недостаточности, приводящей к синюхе. При переходе 60-80% железа (II) гемоглобина в железо (III) наступает смерть.
Кроме того, нитриты образуют в кислой среде желудка азотистую кислоту и
нитрозамины, обладающие мутагенным действием. Вода эвтрофированных водоемов агрессивна по отношению к бетону, разрушает материалы, применяющиеся при гидростроительстве, засоряет фильтры и трубопроводы водоприемных устройств.
12
Во всех случаях сточные воды представляют сложные гетерогенные системы загрязняющих веществ, которые могут находиться в растворенном, коллоидном или нерастворенном состоянии, причем, всегда присутствуют как органические, так и неорганические компоненты загрязнений, отличающиеся процентным содержанием.
Лучший вариант поддержания вод в чистом состоянии – предотвращение их загрязнения, но поскольку это не всегда возможно, то главная задача современного водопользования состоит в очистке загрязненных вод и доведения их до состояния, позволяющего им служить жизненным пространством для водных обитателей, источником питьевой воды и воды для полива сельскохозяйственных культур.
Существуют различные методы очистки сточных вод: механические, химические, физико-химические, биологические.
Таблица 2. Основные методы очистки сточных вод
механические методы | химические методы | физико-химические методы | биологические методы |
решетки и сита | нейтрализация | коагуляция | анаэробное восстановление |
песколовки | окисление | сорбционное поглощение | Аэробное окисление (аэротенки) |
фильтры | флотация | Поля фильтрации, биологические пруды и др. | |
Жироловки, маслоуловители, нефтеловушки | ионный обмен | ||
экстракция | |||
эвапорация | |||
дезодорация |
10
Первая стадия очистки сточных вод – механическая очистка, которую
применяют для выделения из сточных вод взвешенных и коллоидных частиц – нерастворенных минеральных и органических примесей.
К сооружениям для механической очистки относятся:
- решетки и сита (для задержания крупных примесей);
- песколовки (для улавливания минеральных примесей, песка);
- фильтры (для мелких нерастворимых примесей);
- жироловки, маслоуловители, нефтеловушки (для отделения масел, жиров, смол, нефтепродуктов, плавающих на поверхности сточных вод).
Для освобождения промышленных и коммунальных стоков от тонкодисперсированных взвесей, не улавливаемых фильтрацией, растворенных газов, неорганических и органических соединений используют физико-химические методы очистки, позволяющие удалять из сточных вод токсичные, биохимически неокисляемые органические соединения и достигать более глубокой степени очистки.
Физико-химические методы позволяют не только автоматизировать процесс очистки, но и рекуперировать загрязняющие вещества.
Рекуперация – процесс извлечения ценных веществ из отходов для дальнейшего использования.
К физико-химическим методам относятся:
- коагуляция;
14
- флотация;
- адсорбция;
- ионообменная очистка (для извлечения ценных примесей, таких, как медь, цинк, хром, никель и др., а также радиоактивных веществ);
- экстракция (экстрагенты растворяют извлекаемое вещество в большей степени, чем вода, при этом сами имеют низкую растворимость в сточной воде0:
- эвапорация – выпаривание (отгонка с водяным паром летучих примесей, таких, как сероводород, аммиак, диоксид углерода СО2) и др.
Коагулянты способствуют укрупнению частиц, которые затем оседают на дно.
Флотация – это способ отделения твердых частиц или капель жидкости от сточной воды, основанный на различной смачиваемости (вредные примеси собираются в пенном слое и удаляются).
Адсорбцию (поглощение) используют для очистки сточных вод от растворенных органических соединений – фенола, пестицидов, красителей и др. Очищаемую воду пропускают через фильтр, загруженный сорбентом, в качестве которого применяют торф, опилки, золу, шлаки, активированный уголь. Отработанные фильтры обычно сжигают после одноразового использования.
Во многих случаях физико-химическая очистка обеспечивает такое глубокое удаление загрязнений, что последующая биологическая очистка не требуется.
Основные способы химической очистки – нейтрализация и окисление.
Нейтрализацию проводят для приведения кислых стоков к значениям рН, близким к нейтральным, например пропуская воду через слои известняка (мела) или доломита (СаСО3 МgСО3):
15
2НNО3 + СаСО3 = Са(NО3)2 + Н2О + СО2
или
2 Н2SО4 + СаМg(СО3)2 = Са SО4 + Мg SО4 + 2Н2О + 2 СО2
Нейтрализация стоков и непосредственно водоемов, снижая их кислотность, создает более благоприятные условия для водной биоты, поскольку самый богатый и разнообразный по видам животный мир присущ водам, значения рН которых относятся к нейтральной или слабощелочной области.
Окисление применяют для обезвреживания сточных вод, содержащих токсичные примеси, патогенные для человека микроорганизмы. В качестве окислителей чаще всего используют хлор и хлорсодержащие соединения, способные выделять активный хлор. При введении хлора в воду образуется соляная и хлорноватистая кислоты:
CL2 + Н2О = НСl + НСlО;
НCLО Н+ + СlО-,
которые называют активным хлором. Его источником может быть также хлорная известь Са(СLО)2.
Озонирование (продувка через воду озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси, в которой содержание озона О3 обычно порядка 3%) не только очищают сточные воды от вредных примесей, но и производит гигиеническую очистку воды – устраняет запахи и привкусы, уничтожает патогенные для организма человека микроорганизмы и вирусы.
Биологическая очистка осуществляется биоценозом – сообществом микроорганизмов, бактерий, простейших, червей, водорослей. Эти организмы используют для своейжизнедеятельности и развития те органические соединения, которые не были удалены из очищаемой воды на предыдущих стадиях е обработки. Биологическая очистка проводится как в
16
искусственных условиях – биологических фильтрах и аэротенках, так и в естественных условиях – на полях фильтрации, полях орошения, биологических прудах.
При любых способах очистки сточных вод заключительным этапом их обработки всегда бывает обеззараживание – дезинфекция воды хлорированием.
Перспективна биологическая очистка сточных вод в естественных условиях – на полях фильтрации и земледельческих полях орошения. В этих случаях для освобождения сточных вод от загрязняющих веществ используют очищающую способность почвы. Фильтруясь сквозь слой почвы, вода оставляет в ней взвешенные, коллоидные и растворенные примеси, а микроорганизмы почвы окисляют органические загрязняющие вещества, превращают их в простейшие минеральные соединения.
17
Заключение
Очистка сточных вод – составная часть общей стратегии охраны водных ресурсов, обеспечение экологической безопасности биосферы и, в частности, человека.
При решении проблемы загрязнения водоемов сточными водами и их очистки большое значение приобретает повторное (многократное) использование воды, в том числе использование очищенных сточных вод в качестве источника технического водоснабжения предприятий, для орошения в сельском хозяйстве. Возможность использования очищенных сточных вод для орошения в сельском хозяйстве определяется степенью их очистки и соответствующими санитарными нормами.
Теоретически все виды сточных вод могут быть очищены до любого заданного состояния и кондиционированы до нужного состава, но это требует колоссального расходования энергии. Если прибавить к этому расходы на капитальное строительство, оборудование для очистки, то станет ясно, что наиболее рациональное решение проблемы охраны водоемов от загрязнения сточными водами промышленных предприятий – создание замкнутых систем водоснабжения и водоотведения, т.е. использование очищенных сточных вод в системах оборотного водоснабжения.
Оборотное водоснабжение позволит сохранить незатронутыми техногенным воздействием пресные воды и наслаждаться природной, действительно чистой водой, о которой так замечательно сказал великий французский философ и писатель Антуан де Сент-Экзюпери: «Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни, та – сама жизнь…ты самое большое богатство на свете».
18
Литература
19
Приложение
Таблица 1. Результаты химического анализа воды в двух створах р. Терек
Гидрохимический состав | Верхний створ | Нижний створ |
Температура воды | -15 CО | -9 CО |
Температура воздуха | -7 CО | -3 CО |
O2 | 10,4 мг/дм | 7,49 мг/дм |
pH | 7,5-7,6 мг/дм | 7,5-7,6 мг/дм |
Таблица 2. Основные методы очистки сточных вод
механические методы | химические методы | физико-химические методы | биологические методы |
решетки и сита | нейтрализация | коагуляция | анаэробное восстановление |
песколовки | окисление | сорбционное поглощение | Аэробное окисление (аэротенки) |
фильтры | флотация | Поля фильтрации, биологические пруды и др. | |
Жироловки, маслоуловители, нефтеловушки | ионный обмен | ||
экстракция | |||
эвапорация | |||
дезодорация |
20
Девятая загадочная планета Солнечной системы
Невидимое письмо
В какой день недели родился Юрий Гагарин?
Сказка про Серого Зайку
Можно от Солнца уйти...