Лекция 13. ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

План лекции

1. Запасы природных вод.

2. Характеристика водопользования и водопотребления.

3. Критерии качества воды.

4. Основы классификации природных и сточных вод.

5. Качество вод используемых в промышленности.

6. Схемы оборотного водоснабжения предприятия в системе защиты водных ресурсов от загрязнения.

Французский писатель Антуан де Сент-Экзюпери посвятил воде следующие строки «Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобою наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни, ты сама жизнь. Ты самое большое богатство на свете». Другой француз, Р. Дюбуа, сказал о ней «Жизнь - это одушевленная вода». Академик Вернадский В.И. же сказал «Жизнь - это особое царство природных вод».

Данным богатством мы наделены щедро. Но как использовать это богатство и как его защищать, как рационально использовать? Вроде бы зачем? Ведь «Вода, вода, кругом вода» Но какая вода? Земной шар содержит около 16 млрд км³ воды, что составляет 0,25% массы планеты. Но 13 млрд км³ рассредоточено и надежно законсервировано в глубинных слоях, составляющих мантию. Большая часть воды входит в состав горных пород и минералов, слагающих земную кору. 1,45 млрд км³ составляют гидросферу Земли. Из них 1,370 млрд км³ мировой океан, 60 млн км³ подземные минерализованные воды, 24 млн км³ ледники. Пресные же воды составляют только 28,5 млн км³ из них 24 млн км³ это ледники недоступные для человека. В озерах и водохранилищах зааккумулировано только 155 тыс. км³, в речных же водах содержится только 1,2 тыс. км³ воды. Если сюда добавить, что Евразия вообще-то обделена водными источниками (здесь на душу населения приходится 6 тыс. м³/год), то ясно, что воду нужно беречь и защищать. Правда, в России на душу населения приходится более 20 тыс. м³ /год воды. Но где она сосредоточена? В Байкале, да в Сибирских реках. Для сведения озеро Байкал вмещает 23 тыс. км³ воды – это 1/6 часть всей пресной воды планеты.

Вода химическое соединение кислорода и водорода, существующее в жидком и газообразном состоянии. Водные ресурсы – это запасы поверхностных и подземных вод, находящиеся в водных объектах, которые используются или могут быть использованы. Водный объект – сосредоточение вод на поверхности суши в формах ее рельефа либо в недрах, имеющий границы, объем и черты водного режима. Водный режим –изменение во времени уровней, расходов и объемов воды в водных объектах.

Водные ресурсы нашей планеты образуют оболочку, называемую гидросферой.Все воды разделяются на природные и сточные.

Природные водыформируются под действием естественных процессов при отсутствии антропогенного воздействия и подразделяются на атмосферные, поверхностные и подземные.

Атмосферные осадки в виде дождей или растаявшего снега стекают по дневной поверхности суши, называемой водосбором, образуя поверхностные воды, а часть их инфильтрует в грунт и переходит в подземные воды.

Поверхностные воды представляют собой скопление воды на земной поверхности в виде водотоков, водоемов, морей и ледников

Водотоки – реки, каналы, ручьи.

Водоемы– озера, водохранилища, пруды.

Моря –окраинные, внутренние, территориальные.

Ледники – материковые, горные.

Различают 3 основных типа подземных вод: верховодка, грунтовые, артезианские.

Верховодкарасполагается в самой верхней части земной коры на небольших глубинах.

Грунтовые воды залегают на относительно небольших глубинах на первом от земной поверхности водоупорном слое, состоящем из водонепроницаемых пород.

Артезианские воды залегают на большой глубине в водоносных горизонтах, перекрытых сверху и снизу водоупорными слоями.

Скопление подземных вод представляют собой подземные водные объекты, которые разделяются на водоносные горизонты, месторождения и бассейны.

Вода используется в быту, промышленности, энергетике, сельском хозяйстве и в других видах деятельности человека. От вида целевого назначения воды ее применение подразделяется на водопользование и водопотребление.

При водопользовании вода, оставаясь в водоемах и водотоках, является средой или механическим источником энергии. Основные водопользователи являются: водный транспорт, лесосплав, рыбное хозяйство, гидроэнергетика

Водопотребление связано с забором воды из водоемов и водотоков. Круг водопотребителей очень широк: промышленность, сельское хозяйство, коммунально-бытовые организации, предприятия общественных производств, железнодорожный транспорт и т.д. Водопотребление от водопользования отличается не только безвозвратным изъятием части воды, но и загрязнением природных вод возвратными стоками.

Подсчитано, что если город потребляет в день 600 тыс. м³, то он дает около 500 тыс. м³ сточных вод. Сточные воды –это воды, отводимые после использования в бытовой и производственной деятельности человека. Водоотведение– технологический процесс, обеспечивающий прием сточных вод с последующей подачей их на очистные сооружения канализации. Сточные воды, как правило, несут на себе загрязнения и засорение.

Загрязнение поверхностных и подземных вод –это вызванные хозяйственной деятельностью изменения физических, химических и биологических свойств воды по сравнению с нормами качества воды в естественном состоянии

Засорение вод – это поступление в водоем посторонних нерастворимых в воде предметов, не изменяющих качество воды, но влияющих на качественное состояние русел водоемов и водотоков.

В зависимости от условий образования сточные воды делятся на бытовые, атмосферные, промышленные и сельскохозяйственные.

Загрязнения вод можно разделить на 4 группы, которые образуют с водой гетерогенные и гомогенные системы (таблица 5). Эта классификация позволяет определить способ очистки сточных вод.

Таблица 5

Классификация примесей промышленных сточных вод по их фазовому и дисперсному состоянию

Регулирование водопользования, водопотребления, охраны водных объектов в России осуществляется на основе принятого в 1995 году «Водного кодекса». Законодательство на этом кодексе не замыкается. В настоящее время на федеральном и региональном уровне разработано достаточно много законов, регулирующих водохозяйственную деятельность, в том числе с 1999 года за пользование водой из естественных источников введена плата за воду.

Качество воды - это характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность ее для конкретных видов водопользования.Критерий качества воды - признак, по которому производится оценка качества воды.

Показатели качества воды.

Органолептические – определяются с помощью органов чувств человека (запах, вкус, цветность, мутность)

Физические– температура, вязкость, плотность, концентрация, электрическая проводимость и т.д.

Химические– активная реакция (рН), окисляемость, растворимость газов, сухой остаток, жесткость, концентрация химических веществ, и др. Сюда же можно отнести:

химическое потребление кислорода (ХПК), мг/л - количество кислорода, необходимое для химического окисления содержащихся в воде органических веществ (ХПК 20 мгО₂ /л - чистая);

биологическую потребность в кислороде (БПК), мг/л -количество кислорода, необходимое для биологического разложения органики за определенный отрезок времени (1, 2, 5, 20 суток) (БПК - 2 мгО₂/л - чистая).

Бактериологические показатели:коли-индекс – количество кишечных палочек в 1 л воды; колититр – количество миллилитров воды, в которых обнаружена 1 кишечная палочка.

Для хозяйственно-питьевого водоснабжения, культурно-бытовых нужд населения и рыбохозяйственных целей используются реки, водохранилища, озера, искусственные каналы. Пригодность состава и свойств поверхностных вод, используемых для этих целей, определяется соответствующими требованиями и нормативами, изложенными в «Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами». Согласно им в водные объекты запрещается сбрасывать сточные воды:

1) которые могут быть устранены путем усовершенствования технологий, максимального использования в системах оборотного водоснабжения или устройства бессточного производства;

2) содержащие ценные отходы, которые могут быть утилизированы на данном или других предприятиях;

3) содержащие производственное сырье, реагенты, полупродукты и конечные продукты производства в количествах, превышающих установленные нормативы технологических потерь;

4) содержащие вещества, на которые не установлены ПДК;

5) которые с учетом местных условий могут быть использованы для орошения в сельском хозяйстве при соблюдении санитарных требований

6) в виде кубовых остатков и технологических отходов.

Согласно «Правил …», все водные объекты подразделяются на 2 типа: 1) хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения, 2) используемые для рыбохозяйственных целей. В свою очередь первый тип подразделяется на две категории: 1) объекты, используемые для централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения и снабжения пищевых предприятий, 2) объекты, используемые для купания, спорта, отдыха и водоемы в черте населенных пунктов.

Второй тип водных объектов имеет тоже две категории: 1) объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к кислороду, 2) объекты, используемые для всех других видов рыбохозяйственной деятельности. В России большинство водоемов и водотоков находятся в разряде рыбохозяйственных.

Для оценки санитарного состояния водной среды, как и для атмосферного воздуха, применяются показатели ПДК и ВДК, а также ПДС (предельно допустимый сброс). Причем необходимо отметить, что ПДК является основным условием очистки сточных вод.

Вторым видом типизации вод является классификация их по целевому назначению (см. схему 14).

Схема 14

Поливная

Как видно из схемы 14, вода расходуется на хозяйственно-питьевые цели, на полив и на технические цели.

Воду, используемую в промышленности, подразделяют на охлаждающую, технологическую и энергетическую.

Энергетическая вода может находиться как в системе водопользования при получении электроэнергии на ГЭС, так в системе водопотребления. В системе водопотребления эта вода служит средой для подачи тепла в системах централизованного теплоснабжения.

Охлаждающая вода служит для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах. При этом она практически не соприкасается с минеральными потоками и не загрязняется, а лишь нагревается, служа в дальнейшем источником теплового загрязнения окружающей среды. В промышленности на нужды теплообмена расходуется 65-80% всего водопотребления. На крупных химических предприятиях потребление охлаждающей воды достигает 440 млн м³/год. Суммарное количество воды, заключенное в системах охлаждения на предприятиях химической отрасли, составляет 20 млрд. м³/год.

Технологическую воду подразделяют на средообразующую, промывающую и реакционную.

Средообразующую воду используют для растворения и образования производственных суспензий (пульп), при обогащении и переработке руд, для нужд гидротранспорта и в пищевой промышленности.

Промывающая вода служит для промывки газообразных, жидких и твердых материалов, а также для мытья машин и аппаратов. В железнодорожном транспорте на промывку направляют до 30% всей используемой воды.

Реакционная вода служит в качестве химического или физико-химического реагента.

Согласно требованиям «Водного кодекса», система водообеспечения промышленных предприятий должна быть, как правило, с оборотом воды для всего предприятия или в виде замкнутых циклов для отдельных цехов. При этом необходимо предусматривать очистку отработанной воды. Последовательная или прямоточная система подачи воды на производственные нужды со сбросом очищенных сточных вод в водоем допускается только при невозможности или нецелесообразности применения оборотного водоснабжения. Принципиальные схемы оборотного водоснабжения приведены на рис. 9.

Рис. 9. Принципиальные технологические схемы оборотного водоснабжения:

а) –с охлаждением воды; б) – с очисткой воды; в) – с очисткой и охлаждением воды:

П – производство; НС – насосная станция; ОХ – охлаждение воды; ОС – очистка воды

Таким образом, наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды, а значит и количества стоков – это создание оборотных систем водоснабжения. Использование оборотного водоснабжения позволяет в 10-50 раз уменьшить потребление свежей воды. В отдельных отраслях ее доля составляет в настоящее время 75-90%.

Защита водной среды может осуществляться активными методами (которые непосредственно связаны с изменением в технологии производства) и пассивными, которые не вносят изменений в технологию, применяются лишь нейтрализация или ограничение вредного воздействия (это организация водоохранных зон и зон санитарной защиты питьевых источников, разбавление загрязняющих веществ при сбросе сточных вод в водные объекты).