17576557878354_17283721416413_16181093680207_Лекция 8-Гидросфера и охрана

1. Лекция № 8 ГИДРОСФЕРА и ОХРАНА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

1.Гидросфера Земли
2.Загрязнение и истощение
природных вод
3.Очистка сточных вод
4.Охрана водных ресурсов

2.

1. Гидросфера Земли
Вода
–
неисчерпаемый
ресурс биосферы.
Человеку и всем другим
живым организмам нужна
не
просто
вода
как
вещество,
а
вода
с
определенными качествами,
пригодными
для
жизнедеятельности.

3.

Потеря 10 – 20 % воды
приводит к смерти.
В настоящее время
вода
–
самое
драгоценное сырье.
Вода,
пока,
ничем
незаменима.

4.

Вода выполняет роль
катализатора
разнообразных
процессов
обмена
веществ в организме.

5.

Вода используется:
• как сырье,
• как теплоноситель,
• как транспортная
система,
• как растворитель
• почти всегда как среда,
в которую удаляются
всевозможные отходы.

6.

Классификация водных ресурсов:
1.поверхностные (98,3%),
2.подземные воды (1,7%).
• Поверхностные воды:
-97,5%
Мировой
океан
(океаны, моря, озера);
-2,5% - пресная вода (реки,
озера, льды);
-1%
доступен
использования.
для

7.

Наибольшее
количество
пресной
воды
сосредоточено
в
озере
Байкал.
Самая многоводная река в
мире – Амазонка, в России –
Енисей.
Водохранилища – более
10 тыс.: Зейское, Красноярское, Бурейское и др.

8.

Страна
Бразилия
Россия
КНР
Канада
США
Индия
Речной сток в средний по
водности год
Водные
На душу
ресурсы,
населения,
%
тыс./м³
22,2
11,3
6,1
5,9
4,7
4,1
150,0
19,2
3,4
125,4
10,0
3,1

9.

•Подземные воды находятся
ниже поверхности Земли в
горных породах в:
▪ газообразном,
▪ жидком
▪ и
твёрдом
состояниях
(реки, озера, льды).
Общие запасы подземных
вод
составляют
свыше
60 млн. км³.

10.

11.

Значительная
часть
мировых ресурсов пресных
вод формируется в областях
полярных
и
горных
ледников.
Ледники
покрывают
около 10% всей суши. Если
весь
лед
равномерно
распределить по поверхности
суши, то получится корка льда
толщиной более 100 м.

12.

13.

По
мере
развития
цивилизации
человеку
требовалось все больше воды:
• в каменном веке – менее
10 л/сут.
• в Римском государстве –
до 70 л/сут.
• современный житель США
– около 700 л/сут.
• в развивающихся странах
– не более 30 л/сут.

14.

Рост удельного потребления воды в быту

15.

2. Загрязнение и истощение
природных вод
80 % всех заболеваний в
мире
вызвано
неудовлетворительным
качеством питьевой воды
(гастроэнтериты,
многие
паразитарные заболевания,
малярия,
кишечные
отравления и др.).

16.

Основной
причиной
современной
деградации природных
вод
Земли
является
антропогенное
загрязнение.

17.

Главные источники загрязнения:
1.сточные
воды
промышленных
предприятий
и
коммунального хозяйства;
2.стоки систем орошения,
поверхностные
стоки
с
полей и др.;

18.

3.Атмосферные выпадения
загрязнителей
на
поверхность
водоемов,
неорганизованный
сток
воды, осадков (ливневые
стоки, талые воды);
4.воды
шахт,
рудников,
нефтепромыслов;
5.сбросы водного и железнодорожного транспортов
и др.

19.

К наиболее опасным загрязнителям
относятся:
диоксины,
соли тяжелых металлов,
фенолы,
пестициды и др. органические яды,
нефтепродукты,
насыщенная бактериями
биогенная органика,
ПАВ,
минеральные удобрения и
т.д.

20.

Группы веществ
Млн. т/год
Затонувшие суда, плавающий и
погруженный мусор
1300
Взвешенные вещества техногенного
происхождения
1400
Минеральные удобрения
680
Соли тяжелых металлов
93
Синтетические органические
вещества
2500
Моющие средства, СПАВ
15
Фенолы и другие углеводороды
5
Пестициды
2
Биогенная органика
Нефтепродукты
Пыль
1200
12
1800

21.

Аральское море

22.

Эвтрофикация
(греч.
—
обогащение рек, озер и
морей
биогенами,
сопровождающееся
повышением
продуктивности
растительности
в
водоемах.
eutrophia — хорошее питание)

23.

Эвтрофикация может быть
результатом
как
естественного
старения
водоема,
так
и
антропогенных
воздействий.
Основные
химические
элементы, способствующие
эвтрофикации — фосфор и
азот.

24.

Основные антропогенные
источники фосфора и азота:
•необработанные
сточные
воды (в особенности из
животноводческих
комплексов);
Во многих странах запрещено
использование
ортофосфата
натрия в стиральных порошках
для уменьшения эвтрофикации
водоемов.

25.

26.

• смыв удобрений с полей.
В результате эвтрофикации
наблюдается
«цветение»
воды,
обусловленное
бурным
развитием
сине-зеленых
водорослей.

27.

Эвтрофикация водоема

28.

Эвтрофикация Балтийского моря

29.

3. Очистка сточных вод

30.

31.

I. Механическая очистка
Для механической очистки
используются
приемы
задержания
взвеси
в
отстойниках
различной
конструкции:

32.

•решетки и сита, удаляющие из
сточной
жидкости
плавающие
и
наиболее
крупные
взвешенные
частицы;
Схема решетки простейшего типа
1.решетка
2.настил (дырчатое корыто).

33.

•песколовки,
отделяющие
наиболее
тяжелые
механические частицы;
Схема горизонтальной песколовки
• круговые лотки
• гидроэлеваторы

34.

•Отстойники
предназначены
для
удержания
механических
частиц,
способных
сравнительно
быстро
осаждаться.

35.

Для удаления легких по
сравнению с водой веществ
(масла, нефть, жиры)
используют специальные
очистные установки –
маслоулавливатели и
нефтеулавливатели.

36.

производят обеззараживания воды.
Гидроциклоны используются для очистки воды
от механических примесей и включений. Из
обрабатываемого потока воды под действием
центробежных сил удаляются песок, мелкие
камни, твердые частицы, различный мусор.

37.

Таким
образом,
механическая
очистка
сточных вод происходит
на ряде последовательно
расположенных
сооружений, конструкция
которых
рассчитана
на
задержание
различных
фракций взвесей.

38.

II. Химическая очистка сточных
вод.
Одним из самых популярных и
доступных для человека,
является химическая очистка
сточных вод. Химический метод
заключается в том, что в сточные
воды добавляют различные
химические реагенты, которые
вступают в реакцию с
загрязнителями и осаждают их в
виде нерастворимых осадков.

39.

Химической очисткой
достигается уменьшение
нерастворимых примесей до 95%
и растворимых до 25%.
Химическая очистка реализуется
благодаря нескольким
направлениям:
- нейтрализации стоков;
- окисления стоков;
- восстановления стоков.

40.

Химическая очистка сточных
вод

41.

Нейтрализация - применение
щелочей и кислот, нормализующих
уровень pH в стоках.
Преимуществами метода являются
относительная простота
реализации и возможность
максимально очистить стоки;

42.

Окисление. Для того чтобы
обезвредить цианиды цинка и меди,
других металлов в сточные воды
добавляются специальные вещества
– окислители. К ним относятся хлор,
хлорная известь, гипохлорид
кальция или натрия. Такой
химический способ очистки
промышленных сточных вод, как
окисление, применяется в тех
случаях, когда невозможно или
нецелесообразно выделять вредные
вещества, утилизировать их.

43.

Восстановление применяется для
очистки от соединений хрома (VI),
мышьяка, ртути и других металлов.
В качестве восстановителей
используют активированный уголь,
SO2, сульфиты, соли Fe2+.
Пример: восстановление примесей
хрома (VI) гидросульфитом натрия
при рН 3-4. Далее Cr может быть
осажден щелочным раствором и
отделен.

44.

Для восстановления ртути растворы ее
соединений обрабатывают
сероводородом, гидросульфитом
натрия, сульфидом железа (II),
железным порошком.

45.

III. Физико-химическая очистка
- Флотация;
-Коагуляция и флокуляция;
-Экстракция.
Эти методы могут применяться как
отдельно, так и в качестве
дополнительной обработки
сточной воды во время или перед
осуществлением механической
или биологической очистки, с
целью улучшения эффекта.

46.

Флотация - сложный
физико-химическим
процесс,
заключающимся в
создании комплекса
частица-пузырек
воздуха или газа,
всплывании этого
комплекса и удалении
образовавшегося
пенного слоя.
Флотационная
установка для
очистки
промышленных
сточных вод.

47.

Коагуляция. Химический метод
очистки промышленных сточных
вод, который предполагает
применение специальных
соединений – коагулянтов, таких
как хлорное железо, сернокислое
железо, сернокислый алюминий.
Они вступают во взаимодействие с
бикарбонатами, которые
содержатся в стоках, обеспечивают
быстрое и эффективное осаждение
полимерных смол, а также других
вредных примесей.

48.

Флокуляция - это процесс, при
котором происходит адсорбционное
взаимодействие частицы
загрязнений сточных вод с
высокомолекулярными веществами
(флокулянтами). Происходит
процесс хлопьеобразования с
образованием агрегатов (хлопьев,
комплексов), имеющих трехмерную
структуру.
Этот процесс осуществляется в
сооружении под названием
флокулятор.

49.

Флокулятор

50.

Нейтрализация – это метод
основанный на реакции
нейтрализации между кислотой и
щелочью, в результате которой
образуются соли металлов и вода.
Для осуществления этого метода
очистки в сток добавляют жидкость
или реагенты с необходимым
значением рН. Ими могут быть:
едкий натр, известь, доломит, сода,
шлак; серная, азотная, соляная,
фосфорная кислоты. Недостатком
метода является высокая стоимость.

51.

Экстракция применима для извлечения
органических загрязнений. Дорогой
метод, поэтому он экономически
целесообразен при высоких
концентрациях загрязняющих веществ
или при высокой их стоимости. Принцип
экстракции: в агрегативно устойчивою
систему (вода + загрязнитель)
добавляют вещество (экстрагент), в
котором загрязнитель растворяется
лучше чем в воде. В результат
нежелательные примеси переходят в
экстрагент, который потом удаляется
при помощи отстаивания или
центрифугирования.

52.

IV. Биологические методы очистки
1.Поля
орошения
представляют
собой специально подготовленные
земельные участки, используемые
одновременно
для
очищения
сточных вод и агрокультурных
целей – выращивания зерновых и
силосных культур, трав, овощей, а
также для посадки деревьев и
кустарников.

53.

Очистка сточных вод происходит
под
действием
почвенной
микрофлоры,
бактерий, солнца и
воздуха.
Схема земледельческих полей
орошения:
1 — населённый пункт; 2 —
очистные сооружения; 3 —
насосная станция подачи
сточных вод; 4 — магистральный трубопровод; 5 — накопитель; 6 — трубопровод подачи
чистой воды; 7 — насосная
станция чистой воды; 8 —
водоисточник; 9 — оросительная сеть; 10 — поле севооборота; 11 — резервная территория; 12 — буферная площадка

54.

2.Поля
фильтрации
–
земельные
участки
предназначены только для
биологической
очистки
сточных вод, с/х культуры
не выращивают.

55.

На
полях
фильтрации
происходит
смешение
биоценозов воды и почвы,
и
возникают
сложные
взаимодействия
микроорганизмов
на
основе
симбиоза
и
конкуренции.

56.

Поля фильтрации в подмосковье

57.

3.Биологические
пруды
представляют собой каскад
прудов, состоящих из 3 – 5
ступеней, через которые с
небольшой
скоростью
протекает осветленная или
биологически
очищенная
сточная вода.

58.

Пруды
предназначены
для
биологической
очистки и для доочистки
сточных вод в комплексе с
другими
очистными
сооружениями.

59.

60.

4.Аэротенки - чаще всего
резервуар прямоугольного
сечения,
по
которому
протекает сточная вода
смешанная с активным
илом,
где
происходит
биохимическая
очистка
сточной воды.

61.

62.

Схема устройства аэротенков

63.

4. Охрана водных ресурсов
Охрана водных ресурсов система
организационных,
исследовательских,
юридических,
экономических
и
технических
мер,
направленных
на
предотвращение
и
устранение
последствий
загрязнения и истощения

64.

водных объектов.
Водный кодекс РФ от
03.06.2006 N 74-ФЗ
(вступил в силу с
01.01.2007).

65.

Цели Водного законодательства РФ:
1.обеспечение прав граждан
на
чистую
воду
и
благоприятную среду;
2.поддержание оптимальных
условий водопользования;
3.поддержание качества вод
в состоянии, отвечающем
санитарным и экологическим требованиям;

66.

4.защита водных объектов
от
загрязнения,
засорения и истощения;
5.предотвращение
или
ликвидация
вредного
воздействия,
а
также
сохранение
биоразнообразия водных
экосистем.

67.

Требования к качеству питьевых вод
содержат:
1.утвержденные нормативы
предельно
допустимых
концентраций
(ПДК)
веществ в воде,
2.стандарты качества воды,
изложенные в ГОСТах,
3.гигиенические требования
и контроль за качеством,

68.

4.«Санитарные правила и
нормы
охраны
поверхностных
вод
от
загрязнения»
(СанПиН
4630-88) и др.

69.

Пользование
водами
регулируется
лицензиями,
которые
имеют
разрешительный характер.
Права
и
обязанности
владельца
водным
объектом, цели и сроки его
использования
и
т.д.
оговорены в «Положении о
порядке
лицензирования
пользования недрами».

70.

В
настоящее
время
человечество
испытывает
острый
недостаток
в
пресной воде.
Решить эту проблему помогут
следующие мероприятия:
1.организация строго учета
потребления
ресурсов
пресных вод;

71.

2.максимальное
сокращение
безвозвратных
потерь
при потреблении и более
рациональное
использование ресурсов;

72.

Применяется
и
совершенствуется
оборотная система водоснабжения,
или повторное использование воды.
а - схема повторного использования сточных вод;
б – использование оборотной воды

73.

Схема повторного использования сточных вод:
в – бессточная; г – замкнутая система водоснабжения
П1, П2, П3 – производства; МОС – местные очистные
сооружения; СВ – сточные воды; РОВ – резервуар
очищенной воды

74.

3.улучшение
технологических процессов с целью
уменьшения
водопотребления;
4.улучшение
технологии
орошения земель;
5.транспортировка воды в
малообеспеченные районы;

75.

6.регулирование
многолетнего стока рек
системой
крупных
водохранилищ,
что
позволит
увеличить
устойчивый
сток
в
среднем на 15% для всех
стран и до 25% - для
России;

76.

7.использование
ресурсов
полярных
ледников.
Расчеты
американских
ученых показали, что в
океан в виде айсбергов
«стекает» столько пресной
воды, сколько ее выпадает
в виде осадков на всей
территории США.

77.

4. Водные ресурсы России
Распределение пресной воды на
территории России в силу природногеографических
причин
носит
зональный характер:
около 80% всех водных ресурсов
представлены в виде избыточного
увлажнения (48% всей территории
РФ:
Западная
Сибирь,
север
европейской части, юг ДВ и др.);
2% ресурсов речных вод приходится
на зону с большим дефицитом воды
(27% территории РФ: Приазовье, юг
Западной Сибири, юг Забайкалья,
Центральная Якутия и др.);

78.

около
18%
водных
ресурсов
приходится
на
территории
с
достаточным количеством пресной
воды.
Особенностью
большинства
рек
России
является
неравномерность
стока в течение года.
Основной объем годового стока
приходится на период весеннего
половодья, когда за 1 – 3 мес. стекает
до 90 – 95% от суммарного годового
стока. В засушливой зоне и в районах
вечной мерзлоты сток отсутствует в
течение 8 – 10 мес.

79.

Амур – сток весенний и во второй
половине лета (муссонные дожди,
таяние снегов), начале осени.
Географическое
распределение
материкового стока неравномерно:
более 90% выносится в Северный
Ледовитый и Тихий океаны.
На
бассейны
Каспийского
и
Азовского
морей,
где
проживает
более
80%
населения
РФ
и
сосредоточена
большая
часть
промышленности и с/х приходится
менее 9%.

80.

На каждого жителя РФ приходится в
среднем
29
тыс.м³
суммарного
речного стока и 90 – 95 м³ воды
бытового водоснабжения, т.е. по 250
л в сутки на человека.
В Москве – 400 л, в США – 320, в
Германии – 180, Англии – 170.

81.

Экологический кризис в бассейне Амура
Российский берег Амура

82.

Китайский берег Амура

83.

Бассейн
Амура
расположен
на
территории 4-х государств: РФ, КНР,
МНР, КНДР.
Из
его
общей
площади,
составляющей 1855 тыс. км², более
половины
(1003)
приходится
на
Россию, 820 – на Китай, 32 – на
Монголию и лишь около 5 км² – на
Северную Корею.
Расходы воды в Амуре подвержены
резким
сезонным
изменениям:
у
Хабаровска
максимальные
летние
достигают 40 тыс. м/сек.

84.

В бассейне Амура обитает около 5000
видов растений, не менее 520 видов
наземных позвоночных животных, около
135 видов рыб, по числу которых Амур
занимает первое место в России.
Характерными для Амура природными
чертами являются особенность качества
амурских
вод
с
естественно
повышенным фенольным фоном.
К основным антропогенным факторам,
формирующим экологические проблемы,
можно отнести развитие промышленного
и
с/х
производства,
недрои
лесопользование,
строительство
гидростанций и др.

85.

Сейчас в бассейне Амура проживает
более 800 млн. человек, из них, в
России – около 5 млн., Монголии – чуть
более 30 тыс. чел., все остальное –
китайское население.
За последние 20 лет китайское
население в Приамурье увеличилось в
2 раза. В ближайшие годы население в
этой части достигнет 100 млн. чел.
В бассейне р. Сунгари, крупнейшего
притока Амура, быстрыми темпами
развиваются крупные промышленные
города и с/х.

86.

Китайская сторона ежегодно загрязняет
Амур и его притоки млрд. кубометров
сбрасываемых
в
них
неочищенных
хозяйственно-бытовых и пром. стоков, и в
добавок
–
смывом
с
с/х
угодий
хлорорганических
соединений
(пестициды, гербициды) и составных
частей минеральных удобрений.
Учеными
ИВЭП
ДВО
РАН
было
установлено, что после впадения р.
Сунгари, в амурских водах ниже по
течению
содержание
растворенного
кислорода сразу же снижалось в 2 раза,
наличие нитритов увеличивалось в 15 –
52 раза, нитратов – в 1,9 – 3,5,
нефтепродуктов – в 10 раз и т.д.

87.

13.11.05 г. в результате взрывов на
Цзилиньском химическом заводе в
Сунгари попало около 100 т ядовитых
в-в
(бензол,
нитробензол
и
производные,
а
также
фенол,
хлорфенол и др.).
14.11.05 г. концентрация по бензолу
превышала
ПДК
в
200
раз,
по
нитробензолу – в 700 раз. Но уже
24.11.05
г.
концентрация
бензола
превышала ПДК в 1,8 раза, по
нитробензолу в 3,8 раза.
Протяженность
«пятна»
80
км.
Скорость движения – 2 км/час.

88.

В российской части – наоборот:
население
сокращается,
многие
деревни
и
села
прекратили
свое
существование,
объемы
промышленности
и
с/х
упали
в
несколько раз.
Российская сторона, в отличие от
китайской, вырубает и «выжигает»
леса и болота, разрушает лесные и
водно-болотные
экосистемы
и
богатейшее
биологическое
разнообразие.
Кроме того, водохранилище Зейской
ГЭС поставляет в реки Зея и Амур воды
с повышенным содержанием биогенных
в-в.

89.

Ежегодно Амур выносит в Охотское и
Японское моря более 250 тысяч т
загрязняющих
в-в.
Сокращается
численность зверей, птиц и рыб. За
последние 40 – 50 лет из фауны
российской части Приамурья исчезли
красноногий ибис, хохлатая пеганка,
горал и красный волк.
Назревшие экологические проблемы
требуют
их
скорейшего
решения.
Подписан и действует Меморандум по
вопросам охраны окружающей среды
между Хабаровским краем, ЕАО и
провинцией Хэйлунцзян.

90.

Уже 2 года проводится совместный
российско-китайский
мониторинг
качества воды в Амуре. В 2004 г. была
проведена
совместная
российскокитайско-японская
научная
экспедиция по среднему и нижнему
Амуру.
Решение
экологических
проблем бассейна Амура невозможно
решить
силами
одного
отдельно
взятого государства – России или
Китая.
Необходимы
совместные
усилия,
единая
согласованная
программа действий.