Загрязнение гидросферы и его последствия

Состав и свойства воды

Вода есть составная часть биосферы, от которой зависит состояние животного и растительного мира. Все водные ресурсы гидросферы можно разделить на природную и антропогенную, прошедшую через хозяйственную деятельность человека. В свою очередь, природную воду можно разделить на пресную и минерализованную, поверхностную и подземную.

Общий объем воды на Земле (включая соленую, солоноватую и др.) составляет по примерным оценкам около 1400 млн. км3. Несмотря на то, что вода является самым распространенным веществом на Земле, лишь 2,5 % (35 млн. км3) ес является пресной, из которых 4,2 млн. км3 доступны для хозяйственного использования, что составляет 0,3 % объема всей гидросферы.

Вода покрывает более 2/3 территории земного шара. И хотя в общем балансе гидросферы ведущее место занимает Мировой океан, однако существенное влияние для биосферы в целом играет пресная вода. Болес 98 % всех водных ресурсов планеты представлены водами с повышенной минерализацией, которые малопригодны для хозяйственной деятельности. Вода, возможная для потребления человеком, в основном находится в озерах (750 тыс. км3), в атмосфере - в виде пара и облаков (13 тыс. км3) и лишь около 1 тыс. км3 - в реках. Эксплуатационная часть этих ресурсов составляет около 200 тыс. км3, т. е. менее 1 % всех запасов пресной воды и 0,01 % всей воды на Земле. Подземные воды составляют 14 % запасов пресных вод. В связи с усиливающимся загрязнением поверхностных вод их роль как источника водоснабжения будет возрастать.

По запасам на Россию приходится более 20 % мировых ресурсов пресных вод (без учета ледников и подземных вод). Среди стран мира, обладающих наибольшим речным стоком, по абсолютной величине Россия занимает второе место в мире после Бразилии, по водообсспечснности на душу населения - третье (после Бразилии и Канады).

Хозяйственная деятельность человека существенно влияет на состояние водоисточников пресной воды, как в качественном, так и в количественном отношении. При этом образуются так называемые сточные воды, которые, в свою очередь, можно классифицировать на три вида:

  • 1) производственные - использованные в технологическом процессе производства или получающиеся при добыче полезных ископаемых;
  • 2) хозяйственно-бытовые - от жилых домов и коммунальных служб;
  • 3) атмосферные - дождевые и от таяния снега.

По данным ООН, в мире выпускается до 1 млн. наименований продукции, из которых 100 тыс. являются химическими соединениями, в том числе 15 тыс. - потенциальными токсикантами. По экспертным оценкам, до 80 % всех химических соединений, поступающих во внешнюю среду, рано или поздно попадают в водоисточники. Подсчитано, что ежегодно в мире сбрасывается более 420 км3 сточных вод, которые в состоянии сделать непригодной к употреблению около 7 тыс. км3 чистой воды, что в 1,5 раза больше всего речного стока стран СНГ. Ежегодный объем отведения сточных вод в России составляет около 76318 млн. м3; в накопители и на поля фильтрации попадает 2494 млн. м Около 6366 млн. м3 сточных вод недостаточно очищены. В акваторию Байкала ежегодно сбрасывается 85000 т. нефтепродуктов, 750 т. нитратов, 13000 т. хлоридов и других загрязнителей.

Природная вода представляет собой многофазную гетерогенную систему открытого типа, обменивающуюся веществами и энергией с другими средами (атмосферой, почвой, растениями). Вода является универсальным растворителем для многих веществ за счет высокой диэлектрической проницаемости. Помимо растворенных веществ (гомогенной фазы) в воде присутствует большое количество взвешенных твердых частиц и микропузырьков растворенных газов. Помимо них толща воды пронизана микроорганизмами, образующими биоту, которая находится в состоянии динамического равновесия с внешней средой. Все эти факторы играют важную роль в формировании качества поверхностных вод. Состав природных вод оценивается по физическим, химическим и санитарно-гигиеническим показателям.

Физические показатели - температура, содержание взвешенных веществ, цветность, запах и привкус. Температура подземных вод относительно стабильна в течение года: 8... 12 °С, температура поверхностных вод колеблется по сезонам года в интервале 0,1...30 °С. Прозрачность и мутность характеризуют наличие в воде взвешенных веществ (частиц песка, глины, ила, планктона, водорослей). Цветность воды обусловлена присутствием органических веществ. Привкусы и запахи природных вод могут быть естественного и искусственного происхождения.

Химический состав вод характеризуется ионным составом, жесткостью, щелочностью, окисляемостыо, активной реакцией водородных ионов (pH), сухим остатком, общим солесодержанием, содержанием растворенного кислорода, сероводорода, активного хлора, свободной углекислотой. Токсические вещества (мышьяк, стронций, бериллий, свинец, ртуть и другие тяжелые металлы), а также радионуклиды в основном являются антропогенными продуктами.

Растворенные в воде газы - кислород, углекислота, сероводород, метан, аммиак обусловливают запахи и коррозионную активность воды по отношению к трубопроводам и оборудованию.

В поверхностных водотоках наблюдается самоочищение воды за счет физических, химических и биологических процессов, чему способствует аэрация, перемешивание, декантация взвесей, разбавление загрязнений в большой массе воды.

Свойства природных и сточных вод. По содержанию солей вода делится на: пресную (менее 1 г/л); засоленную (до 25 г/л); соленую (более 25 г/л).

Основные характеристики сточных вод, влияющих на состояние водоемов: температура, °С; минералогический состав примесей; содержание кислорода, мг/л; кислотность, pH; концентрация вредных примесей, мг/л. Особенно большое значение для процессов самоочищения водоемов имеет кислородный режим водоемов.

Сточные воды характеризуются следующими признаками:

  • 1) мутность (мг/л) - исследуемую воду сравнивают с эталонным раствором;
  • 2) цветность - определяется сравнением интенсивности окраски испытуемой воды со стандартной шкалой, выражается в градусах цветности;
  • 3) сухой остаток (мг/л) - масса солей и веществ, остающиеся после выпаривания воды;
  • 4) кислотность (pH), природная вода обычно имеет щелочную реакцию среды;
  • 5) жесткость (мг-экв/л солей Са " и " или 1радусы жесткости);
  • 6) растворимый кислород (мг/л) - содержание его в воде зависит от температуры воды и от барометрического давления;
  • 7) химическая потребность в кислороде - ХПК (мг 02/л);
  • 8) биологическая потребность в кислороде - БПК (мг 02/л).

Природные и сточные воды представляют собой сложные дисперсные системы. Все примеси воды по отношению к дисперсионной среде можно разделить на четыре группы.

  • 1) Воды, содержащие нерастворимые в воде мелкодисперсные примеси, взвеси, обусловливающие мутность воды. Степень дисперсности размером - 10Л.. 104 м и более. Взвеси образуют глинистые вещества, ил, мелкий песок, малорасгво-римые гидроксиды металлов, малорастворимые органические вещества и др.
  • 2) Сточные воды, содержащие гидрофильные и гидрофобные коллоидные растворы, а также высокомолекулярные вещества и детергенты. Степень дисперсности 10'8...10"' м.
  • 3) Воды, содержащие растворенные газы и растворимые органические вещества как биологического происхождения, так и входящие в состав промышленных сточных вод. Степень дисперсности - 10 ... 10 8 м.
  • 4) Сточные воды, содержащие ионные примеси. Образуют гомогенные растворы. Степень дисперсности - 10’1 ... 10‘9 м.

Природные воды и сточные воды химических, нефтехимических, целлюлозно-бумажных производств обычно содержат твердые частицы (волокна, пластмассы, каолин, глину, каучук, кристаллы солей и др.) и жидкие эмульгированные примеси (нефть, нефтепродукты, смолы и т. п.). Поверхность этих частиц может быть гидрофильна или гидрофобна. Размеры частиц могут изменяться в широких пределах (табл. 5.4).

Таблица 5.4

Свойства дисперсной фазы

Примесь

Плотность частиц, г/см3

Диапазон размеров, мкм

Нефтепродукты

о

ОО

V*

0,01...0,1

Полистирол

1,02

0,06...0,6

Глина

2,4

0,5...5,0

Гуминовые соединения

-

0.01...0,001

Загрязняющие вещества могут находиться в воде в грубодисперсном состоянии (частицы крупностью более 0,1 мм), в виде суспензии, эмульсии, пены (частицы 0,1...0,1 мкм), в коллоидном состоянии (частицы крупностью 0,1...0,001 мкм) или в виде истинного раствора. Так, в природных водах, подлежащих очистке и использующихся для технических целей и питьевого водоснабжения, концентрация нерастворимых коллоидно-дисперсных и взвешенных веществ (песка, ила, глины и др.) составляет 3... 10 г/дм3.

Сточные воды содержат различные примеси и по характеру загрязнений подразделяются на три группы:

  • 1) загрязненные преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, рудо- и угледобывающей промышленности; заводы по производству минеральных удобрений, кислот, строительных изделий и материалов и др.);
  • 2) загрязненные преимущественно органическими примесями (предприятия мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, химической, микробиологической промышленности; заводы по производству пластмасс, каучука и др.);
  • 3) загрязненные минеральными и органическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности; заводы по производству консервов, сахара, продуктов органического синтеза, бумаги, витаминов и др.).

По концентрации загрязняющих веществ производственные сточные воды разделяются на четыре группы: 1...500, 500...5000, 5000...30000, более 30000 мг/л. Производственные сточные воды могут различаться по физическим свойствам загрязняющих их органических продуктов (например, по температуре кипения: менее 120, 120...250 и более 250 °С).

Сточные воды представляют собой полидисперсные гетерогенные (неоднородные) агрегативно-неустойчивые системы. Чаще всего концентрация мелкодисперсной и коллоидной фазы в сточных водах относительно невелика (0,2... 1 %), поэтому сточные воды могут быть отнесены к свободнодисперсным коллоидным системам.

Содержание в сточных водах отдельных неорганических или органических веществ обычно приводится в абсолютных значениях их массы в г/м3 или мг/л (объемная концентрация).

Кислотность или щелочность сточных вод выражается величиной водородного показателя pH. При pH = 1...7 сточные воды характеризуются как кислая среда, при pH = 1... 14 - как щелочная среда. Для химически чистой воды, представляющей собой слабый электролит, сумма показателей концентрации водородных и гидроксильных ионов pH + рОН =14. По степени агрессивности эти воды разделяют на слабоагрессивные (слабокислые с pH = 6...6,5 и слабощелочные с pH = 8...9), сильноагрессивиые (силыюкислые с pH < 6 и сильнощелочные с pH > 9) и неафессивные (с pH = 6,5...8).

Свойства сточных вод отличаются от свойств чистой воды. Они имеют более высокую плотность и вязкость. Средняя плотность суспензий и эмульсий определяется объемным соотношением фаз:

Рс=Рд9 + Ро(1-ф)>

где рс, рд - плотность сточной воды, дисперсной фазы (твердой или жидкой), кг/м3; ф - объемная доля дисперсной фазы; р0 - плотность чистой воды, кг/м3.

Вязкость суспензии цс зависит от объемной концентрации (объемной доли) твердой фазы и при ф < 10 % определяется по зависимости:

Рс = Ц0(1 + 2,5ф),

где Цу - динамическая вязкость чистой воды, Па с.

Общее содержание органических веществ в сточных водах оценивается показателями химической потребности в кислороде (ХПК) и биохимической потребности в кислороде (ВПК). ХПК определяется количеством кислорода, необходимого для превращения содержащихся в сточных водах органических веществ в углекислый газ С02, аммиак Т4Н3, сульфаты 803, воду, фосфаты Р205 и т. д. ВПК сточных вод определяется количеством кислорода, необходимого для окисления содержащихся в сточных водах органических веществ биохимическим путем. Практически ВПК условно можно рассматривать как часть ХПК, т. к. органические вещества биохимическим путем не окисляются полностью, а некоторые из них окисляются в незначительной степени. Кроме того, при биохимическом окислении часть органического вещества расходуется на прирост живой массы микроорганизмов. Различают значение ВПК20, соответствующее потреблению кислорода за 20 сут (для большинства органических веществ это значение является полным биохимическим потреблением), и значение ВПК5, соответствующее потреблению кислорода за 5 сут. Для некоторых органических веществ биохимическое окисление может продолжаться значительно дольше 20 сут.

В отличие от хозяйственно-бытовых сточных вод состав производственных вод более разнообразен по видам и концентрации загрязняющих веществ и зависит от типа промышленного предприятия, характера технологических процессов и других факторов.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >