Влияние промышленно-урбанизированных территорий на водные объекты

Федеральное агенство по образованию РФ

ГОУ ВПО «Уральский государственный  технический университет – УПИ»

 

 

 

 

 

Реферат по дисциплине «Экология»

 

«Влияние промышленно-урбанизированных территорий на водные объекты»

 

 

 

 

 

Екатеринбург 

2012

 

Содержание

Введение………………………………………………………………………………………3

История вопроса……………………………………………………………………………...4

Влияние на водные объекты………....……………………………………………………………………………...4

Загрязнение гидросферы и его источники……………………………………………………………………………………...5

Способы очистки………………………………………………………………………………8

Заключение……………………………………………………………………………………11

Список литератруры………………………………………………………………………….12

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Вода - одна из наиболее важных жизнеобеспечивающих  природных сред, образовавшихся в  результате эволюции Земли. Она является составной частью биосферы и обладает целым рядом аномальных свойств, влияющих на протекающие в экосистемах  физико-химические и биологические  процессы. К таким свойствам относятся  очень высокие и максимальные среда жидкостей теплоемкость, теплота  плавления и теплота испарения, поверхностное натяжение, растворяющая способность и диэлектрическая  проницаемость, прозрачность. Вышеуказанные  свойства воды определяют потенциальную возможность накопления в ней очень высоких количеств самых разнообразных загрязняющих веществ, в том числе патогенных микроорганизмов. В связи с непрерывно возрастающим загрязнением поверхностных вод подземные воды становятся практически единственным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения населения. Поэтому их охрана от загрязнения и истощения, рациональное использование имеют стратегическое значение.

В настоящее время одной из основных экологических проблем промышленно-урбанизированных территорий является загрязнение водных объектов. Стремительный рост этих территорий оказывает отрицательное влияние на внутригородские водные объекты: водотоки и водоемы являются приемниками сточных вод, что негативно отражается на качестве воды и донных отложений, жизнедеятельности гидробионтов, водной растительности и прибрежной зоны. Высокая антропогенная нагрузка формирует напряженную геоэкологическую обстановку не только в самом водном объекте, но и на прилегающей территории, в связи с этим является актуальной оценка экологического состояния водных объектов, особенно водоемов, характеризующихся замедленным водообменом и пониженной самоочищающейся способностью.

В конце 2011 г. население нашей планеты превысило 7 миллиардов человек. Вместе с тем загрязнение сточных вод быстро растет, неся с собой эпидемии с тяжелыми последствиями. По данным всемирной организации здоровья (ВОЗ), от потребления загрязненной воды ежесуточно умирает 25 тыс. человек, а количество ежегодных жертв от плохой воды составляет около 9 миллионов человек (всего на Земле страдает ежегодно от болезней, связанных с загрязнением воды, около 500 млн. человек).

История вопроса

На  заре становления человеческой цивилизации  загрязнения вод в основном содержали  продукты жизнедеятельности человека и других живых организмов. Они  не представляли собой существенной опасности, которая могла бы внести какие бы то ни было заметные изменения  в естественные биохимические процессы природы. Природные воды легко справлялись  с таким загрязнением, чему способствовали содержащиеся в воде кислород и водные организмы. Однако природная способность  самоочищения, разумеется, имеет свои пределы, при нарушении которых  замечательная способность самоочищаться  сначала ослабевает, теряет активность, а затем и совсем исчезает.

После начала промышленной революции XVIII –  нач. XIX вв., в период перехода от мануфактуры к машинно-фабричному производству и быстрого роста городов, резко увеличиваются сбросы загрязненных сточных вод в природные водоемы.

Несмотря  на то, что необходимость очистки  воды перед подачей ее в питьевой водопровод стала очевидной, еще  далеко не везде это требование может  быть выполнено. За последние десятилетия  промышленно развитые страны стали  производить такое громадное  количество самых различных веществ (загрязнителей воды), при котором  водоочистные сооружения не обеспечивают необходимую очистку питьевой воды.

Влияние на водные объекты

Высокие темпы гражданского и промышленного  строительства, рост численности населения, эксплуатация систем жизнеобеспечения населения стали одними из главных причин интенсивной антропогенной нагрузки на все компоненты экосистем. Хозяйственная деятельность, которая осуществляется на территориях, как непосредственно прилегающих к водотокам, так и находящихся в пределах их водосборов, оказывает негативное воздействие на состояние поверхностных вод.

Первичным фактором антропогенных гидроэкологических нарушений на территории населенных пунктов, безусловно, является изменение структуры площади водосбора в целях преобразования под жилую и промышленную застройку, в результате чего изменяются режим формирования поверхностного и подземного стока, происходит увеличение доли поверхностного стока.

Для современных городов характерно строительство различных гидротехнических сооружений – мостов, насыпей, плотин, подземных коллекторов и др.

Кроме того, в населенных пунктах создается  «антропогенная ветвь» круговорота воды – централизованный забор воды из поверхностного или подземного водоисточника, подготовка воды, водоснабжение потребителей посредством транспортирования по системе водоводов, централизованный сбор и отведение образовавшихся сточных вод, их очистка на комплексе очистных сооружений и выпуск в водный объект.

Загрязнение гидросферы и его источники

Важнейшим фактором антропогенного воздействия  на водные экосистемы является химическое, бактериальное и тепловое загрязнение водных объектов в результате организованного и неорганизованного сброса сточных вод, что непременно ведет к изменению важнейших физических и гидрохимических показателей – температуры, концентрации растворенного кислорода, органических веществ, а также структуры микробного сообщества и биоценоза в целом.

Одним из наиболее важных антропогенных процессов  загрязнения воды являеются стоки с промышленно-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 (см. приложение 3). 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. На территории Российской Федерации проблема загрязнения поверхностных и подземных вод соединениями азота становится все более актуальной. Эколого-геохимическое картирование центральных областей Европейской России показало, что поверхностные и грунтовые воды этой территории во многих случаях характеризуются высокими концентрациями нитратов и нитритов. Режимные же наблюдения свидетельствуют об увеличении этих концентраций во времени.

Сходная ситуация складывается с загрязнением подземных вод органическими  веществами. Это связано с тем, что подземная гидросфера не способна к окислению большой массы  поступающей в нее органики. Следствием этого является то, что загрязнение  гидрогеохимических систем постепенно становится необратимым.

Источники:

Населенные пункты. Наиболее известным источником загрязнения воды, которому традиционно уделяется главное внимание, являются бытовые (или коммунальные) сточные воды. Водопотребление городов обычно оценивают на основе среднего суточного расхода воды на одного человека, в США равного примерно 750 л и включающего воду питьевую, для приготовления пищи и личной гигиены, для работы бытовых сантехнических устройств, а также для полива лужаек и газонов, тушения пожаров, мытья улиц и других городских нужд. Почти вся использованная вода поступает в канализацию. Поскольку ежедневно в сточные воды попадает огромный объем фекалий, главной задачей городских служб при переработке бытовых стоков в коллекторах очистных установок является удаление патогенных микроорганизмов. При повторном использовании недостаточно очищенных фекальных стоков содержащиеся в них бактерии и вирусы могут вызвать кишечные заболевания (тиф, холеру и дизентерию), а также гепатит и полиомиелит. В растворенном виде в сточных водах присутствуют мыло, синтетические стиральные порошки, дезинфицирующие средства, отбеливатели и другие вещества бытовой химии. Из жилых домов поступает бумажный мусор, включая туалетную бумагу и детские подгузники, отходы растительной и животной пищи. С улиц в канализацию стекает дождевая и талая вода, часто, с песком или солью, используемыми для ускорения таяния снега и льда на проезжей части улиц и тротуарах.

 
  Промышленность. В индустриально развитых странах главным потребителем воды и самым крупным источником стоков является промышленность. Промышленные стоки в реки по объему в 3 раза превышают коммунально-бытовые. Вода выполняет разные функции, например служит сырьем, обогревателем и охладителем в технологических процессах, кроме того, транспортирует, сортирует и промывает разные материалы. Вода также выводит отходы на всех стадиях производства - от добычи сырья, подготовки полуфабрикатов до выпуска конечной продукции и ее расфасовки. Поскольку гораздо дешевле выбрасывать отходы разных производственных циклов, чем перерабатывать и утилизировать, с промышленными стоками сбрасывается громадное количество разнообразных органических и неорганических веществ. Более половины стоков, поступающих в водоемы, дают четыре основные отрасли промышленности: целлюлозно-бумажная, нефтеперерабатывающая, промышленность органического синтеза и черная металлургия (доменное и сталелитейное производства). Из-за растущего объема промышленных отходов нарушается экологическое равновесие многих озер и рек, хотя большая часть стоков нетоксична и несмертельна для человека.

 
  Тепловое загрязнение. Наиболее масштабное однократное употребление воды - производство электроэнергии, где она используется главным образом для охлаждения и конденсации пара, вырабатываемого турбинами тепловых электростанций. При этом вода нагревается в среднем на 7° С, после чего сбрасывается непосредственно в реки и озера, являясь основным источником дополнительного тепла, который называют "тепловым загрязнением". Против употребления этого термина имеются возражения, поскольку повышение температуры воды иногда приводит к благоприятным экологическим последствиям.

 
  Сельское хозяйство. Вторым основным потребителем воды является сельское хозяйство, использующее ее для орошения полей. Стекающая с них вода насыщена растворами солей и почвенными частицами, а также остатками химических веществ, способствующих повышению урожайности. К ним относятся инсектициды; фунгициды, которые распыляют над фруктовыми садами и посевами; гербициды, знаменитое средство борьбы с сорняками; и прочие пестициды, а также органические и неорганические удобрения, содержащие азот, фосфор, калий и иные химические элементы. Кроме химических соединений, в реки попадает большой объем фекалий и других органических остатков с ферм, где выращиваются мясо-молочный крупный рогатый скот, свиньи или домашняя птица. Много органических отходов также поступает в процессе переработки продукции сельского хозяйства (при разделке мясных туш, обработке кож, производстве пищевых продуктов и консервов и т.д.).

Способы очистки

Практикуются  три основных метода очистки сточных  вод. Первый существует давно и наиболее экономичен: сброс сточных вод  в крупные водотоки, где они  разбавляются пресной проточной  водой, аэрируются и нейтрализуются естественным образом. Очевидно, что  этот метод не отвечает современным  условиям. Второй метод во многом базируется на тех же естественных процессах, что  и первый, и заключается в удалении и снижении содержания твердых и  органических веществ механическим, биологическим и химическим способами. Его в основном используют на коммунальных очистных станциях, которые редко  располагают оборудованием для  переработки промышленных и сельскохозяйственных стоков. Широко известен и достаточно распространен третий метод, состоящий  в сокращении объема сточных вод  путем изменения технологических  процессов; например, в результате вторичной  переработки материалов или использования  естественных методов борьбы с вредителями  вместо пестицидов и т.д.

Очистка сточных  вод. Хотя сейчас многие промышленные предприятия пытаются очистить свои стоки или сделать производственный цикл замкнутым, а производство пестицидов и других токсичных веществ запрещено, самым радикальным и быстрым решением проблемы загрязнения воды будет строительство дополнительных и более современных очистных сооружений.

Первичная (механическая) очистка. Обычно на пути потока сточных вод устанавливаются решетки или сита, которые улавливают плавающие предметы и взвешенные частицы. Затем песок и другие грубые неорганические частицы оседают в песколовках с наклонным дном или улавливаются ситами. Масла и жиры удаляются с поверхности воды специальными приспособлениями (нефтеловушками, жироловками и пр.). На некоторое время сточные воды перебрасываются в отстойники для осаждения мелких частиц. Свободноплавающие хлопьевидные частицы осаждают путем добавления химических коагулянтов. Полученный таким образом отстой, на 70% состоящий из органических веществ, пропускается через специальный железобетонный резервуар - метантанк, в котором он перерабатывается анаэробными бактериями. В результате образуются жидкий и газообразный метан, углекислый газ, а также минеральные твердые частицы. При отсутствии метантанка твердые отходы закапываются, сбрасываются на свалки, сжигаются (что приводит к загрязнению воздуха) или высушиваются и используются как гумус или удобрение.

Вторичная очистка. Осуществляется в основном биологическими методами. Поскольку на первом этапе органические вещества не удаляются, на следующем - используются аэробные бактерии для разложения взвешенной и растворенной органики. При этом главная задача заключается в том, чтобы привести стоки в контакт с как можно большим числом бактерий в условиях хорошей аэрации, так как бактерии должны иметь возможность потреблять достаточное количество растворенного кислорода. Сточные воды пропускают через различные фильтры - песчаные, из щебня, гравия, керамзита или синтетических полимеров (при этом достигается такой же эффект, как и в процессе естественной очистки в русловом потоке, преодолевшем расстояние в несколько километров). На поверхности фильтрующего материала бактерии образуют пленку и разлагают органику сточных вод по мере их прохождения через фильтр, снижая таким образом БПК более чем на 90%. Это т.н. бактериальные фильтры. Снижение БПК на 98% достигается в аэротанках, в которых благодаря принудительной аэрации сточных вод и перемешиванию их с активным илом ускоряются естественные процессы окисления. Активный ил образуется в отстойниках из взвешенных в сточной жидкости частиц, не задержанных при предварительной очистке и адсорбируемых коллоидными веществами с размножающимися в них микроорганизмами. Другим методом вторичной очистки является продолжительное отстаивание воды в специальных прудах или лагунах (поля орошения или поля фильтрации), где водоросли потребляют углекислый газ и выделяют необходимый для разложения органики кислород. В этом случае БПК снижается на 40-70%, но требуются определенные температурные условия и солнечное освещение.