В горах накапливается снег при одних и тех же температурах. Выпавший снег постепенно уплотняется и превращается в фирн (зернистый лед), а затем в глетчерный лед. Лед обладает способностью под влиянием силы тяжести перемещаться (течь) со скоростью от нескольких метров до 200 м в год.
Покровные ледники имеют значительную мощность, скрывают неровности рельефа и занимают большую площадь (напр., покровный ледник Антарктиды мощностью около 2 км, и ледник Гренландии). От края этих ледниковых покровов постоянно откалываются огромные глыбы льда - айсберги, сидящие на мели или свободно плавающие.
Горные ледники занимают вершины гор, различные углубления на их склонах (кары, цирки) и долины. Горные ледники значительно меньших размеров, чем покровные, и более разнообразны.
В ледниках законсервировано большое количество пресной воды. Частично она расходуется на питание рек (от интенсивности таяния ледников зависит водоносность горных рек). Для засушливых районов мира ледниковое питание рек имеет важное хозяйственное значение. Ныне разрабатываются интересные проекты использования айсбергов для снабжения пресной водой засушливых районов Австралии, Африки, Южной Америки и Аравийского полуострова.
Болота - избыточно увлажненные участки суши с влаголюбивой растительностью, при отмирании и разложении которой образуется торф. В зависимости от источников питания болота подразделяются на верховые и низинные.
Верховые болота питаются атмосферными осадками, бедны минеральными солями и обычно располагаются на водоразделах. Растительность этих болот бедна по видовому составу; преобладают сфагновые мхи.
Низинные болота возникают в местах выхода на поверхность или близкого залегания подземных вод. Значительно более богатое минеральное питание создает условия для произрастания здесь разнообразной растительности - зеленых мхов, осок, злаков, а из древесных пород - ольхи и березы. В результате накопления торфа поверхность низинных болот постепенно повышается. На определенной стадии поверхность болота может достигнуть такой высоты, при которой болотная растительность уже не может использовать подземные воды и переходит на питание атмосферными осадками: низинное болото сменяется верховым.
Болотам принадлежит важная роль в природе: они увлажняют воздух окружающих территорий, являются местами обитания многих видов животных и произрастания ценных видов растений.
Болота используются человеком. На них разрабатывают торф, который применяют как удобрение, топливо и химическое сырье, собирают ягоды, лекарственные растения, часть низинных болот осушивают и превращают в сельскохозяйственные угодья, отличающиеся высоким потенциальным плодородием. Следует, однако, помнить, что не все болота подлежат осушению, часть из них необходимо сохранить, чтобы не нарушить сложившихся в природе взаимосвязей.
7.1. Вода как ценнейший природный ресурс. Это одна из наиболее жизнеобеспечивающих природных сред, сложившихся в процессе эволюции. Помимо другого хозяйственного значения, главная роль запасов пресных вод – снабжать человека водой, прежде всего для питья. Чистая пресная вода – лимитирующий фактор существования человека как биологического вида.
Вода – составная часть биосферы – имеет ряд аномальных свойств, влияющих на протекающие в экосистемах физико-химические и биологические процессы. К таким свойствам относят очень высокие и максимальные среди жидкостей теплоемкость, теплоту плавления и теплоту испарения; поверхностное натяжение, растворяющую способность и диэлектрическую сопротивляемость, прозрачность.
Для воды также характерная повышенная миграционная способность, имеющая важное значение для ее взаимодействия с сопредельными природными средами. Из-за перечисленных свойств, вода потенциальной может накопить очень много загрязняющих веществ – химических элементов и патогенных микроорганизмов.
Большая часть потребляемой на земном шаре воды используется в сельском хозяйстве (70%), затем идет промышленность и хозяйственно-бытовые нужды. Во многих районах мира, ¾ населения Земли ощущают острый недостаток чистой пресной воды. Поэтому охрана пресных вод заключается в их бережном использовании: 1) экономным расходе воды с применением более совершенных технологий в промышленности и сельском хозяйстве; 2) введении оборотного водоснабжения на предприятиях; 3) предотвращении загрязнения вод, неукоснительном соблюдении правил очистки сточных вод.
Задача охраны вод - сложная и дорогостоящая. Затраты на охрану вод занимают первое место среди всех расходов на охрану природы. Поэтому ее, к сожалению, пока удается решать лишь только частично.
7.2. Сокращение и антропогенное загрязнение пресных вод. Практически на всех промышленных и урбанизированных территориях мира снижается качество и сокращаются запасы пресной воды. Поэтому обеспечение ею населения и народного хозяйства России стало одной из наиболее важных социально-экономических нужд.
Постановление № 862 от 18 октября 1992 «О неотложных мерах по обеспечению питьевого водоснабжения в РФ» обязало соответствующие министерства и ведомства провести мероприятия по улучшению качества питьевой воды и повышению надежности, устойчивости систем водоснабжения городов, поселков и других водопотребителей (Среднесрочная программа, 1991). В этой связи особую ценность имеют крупные резервуара пресной воды (напр., озеро Байкал).
Поверхностные воды, имеющие возможность самоочищаться, более защищены от загрязнений, чем подземные (Крайнов и др., 1991). В связи с нарастающим загрязнением поверхностных вод подземные воды становятся практически единственным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения населения. Поэтому их охрана от истощения и загрязнения стратегически важна.
Опасность загрязнения подземных вод заключается в том, что подземная гидросфера (особенно артезианские бассейны) – это конечный резервуар накопления загрязнителей поверхностного и глубинного происхождения (Крайнов, Швец, 1987). Наиболее опасным антропогенным процессом загрязнения вод является сброс стоков с промышленно-урбанизированных и сельскохозяйственных территорий; выпадение продуктов антропогенной деятельности с атмосферными осадками.
Загрязнение бессточных озер также бывает долговременным и часто необратимым. Усиленный и сосредоточенный водоотбор из подземной гидросферы приводит к образованию обширных и глубоких воронок с провалами грунтов, понижению уровня поверхностных вод.
Общая черта антропогенного загрязнения воды – высокая концентрация токсичных веществ в локальных участках среды обитания человека. В ряде регионов пресные воды приобрели аномальные геохимические свойства (концентрация хлоридов до 15 г/л, нитратов до 10 г/л, фторидов до 3-5 г/л; это уже экологически опасные концентрации). По органическим соединениям некоторые водные системы уже вошли в стадию необратимых изменений (эвтрофикации), возрастающих во времени. Такие системы способны долгое время удерживать высокие концентрации загрязнителей.
В последнее время резко возросло потребление минеральных, лечебных и столовых вод, а также геотермальной энергии. Необдуманное использование таких ресурсов без выяснения процессов протекающих в водных резервуарах, приводит к трагическим и дорогостоящим ошибкам. Например, в знаменитой Долине Гейзеров в Калифорнии из-за большого количества эксплуатационных скважин исчез пар и быстро нарушилось равновесие. На ликвидацию возникшего кризиса в 1970-х гг. было затрачено 3,5 млн. долларов.
Рассолы осадочных бассейнов привлекают внимание как важный источник гидроминерального сырья и биологически активных вод. Такие рассолы выявлены и в Тимано-Печорском осадочном бассейне. Практика показывает, что при добыче рассолов невосполнимый вред наносится вышележащим водоносным горизонтам.
Исследования в России и за рубежом доказывают прямую корреляционную связь между качеством (степенью загрязнения) питьевой воды и здоровьем человека. Широко распространенные кариес зубов и флюороз обусловлены соответственно недостатком и избытком фтора в питьевой воде. Недостаток F и кариес характерны для Карело-Кольского региона и большинства областей Европейской России. В 1960-е гг. было принято правительственное постановление о фторировании питьевой воды с содержанием F менее 0,5 мг/л. Избыток F и вспышки флюороза зафиксированы в Мордовии и Забайкалье.
При недостатке йода в воде (особенно у сельских жителей) развиваются заболевания щитовидной железы. Такие регионы известны на Крейнем Севере, Урале, Алтае, Северном Кавказе, Среднем Поволжье и на севере Русской Равнины. Длительный дефицит I в питьевой воде приводит к умственной и физической отсталости.
Выявлена связь рака мочевого пузыря и употребления воды с высоким содержанием хлора. К наиболее опасным загрязняющим веществам питьевых воды относятся хлорированные углеводороды и диоксины (высокотоксичные устойчивые хлорорганические соединения).
В сельскохозяйственных районах вода накапливает пестициды Список заболеваний человека при ее употреблении очень широкий. Особую опасность представляет загрязнение воды патогенными микроорганизмами, вызывающими вспышки эпидемических заболеваний у человека и животных. Причиной большинства эпидемий является употребление некачественной воды.
Отрицательно влияют на животных, рыб, птиц, планктон аварийные разливы нефти. В Республике Коми чаще всего случаются аварии на нефтепроводах. Нефть окрашивает воду в черный цвет, резко снижает количество растворенного кислорода, вызывая гибель организмов. Подземные воды не способны окислить огромное количество поступающей органики (нефти), загрязнение становится необратимым (вплоть до появления линз мазута).
При привносе метана, тяжелых углеводородов и сероводородов в природных водах создается восстановительная бескислородная среда, губящая гидробионтов.
Экологически опасными могут быть биологические процессы, связанные с жизнедеятельностью водорослей, планктона, бактерий и других микроорганизмов (эвтрофикация водоемов).
Водоросли, планктон и микроогранизмы играют роль как в процессе загрязнения, так и самоочищения природных вод. известны разнообразные грибки, дрожжи, галофильные сульфат-редуцирующие, метилотрофные, метаногенные и другие бактерии, присутствующие в воде различной температуры и солености.
Длительный монитринг качества поверхностных вод показывает, что в них во всем мире возросли концентрации соединений азота, углерода, в меньшей степени – фосфора и тяжелых металлов. Соединения азота обладают высокой растворимостью; их концентрация в воде может беспрепятственно увеличиваться. Азот трансформирует свои миграционные формы в зависимости от температурных, окислительно-восстановительных условий подземной гидросферы; одни его хорошо растворимые формы переходят в другие и накапливаются в новой геохимической обстановке. Эта приспособляемость азота к любым геохимическим ситуациям определяет чрезывычайно широкий диапазон его водной миграции.
Подземные воды не имеют буферности к азоту. Темпы же естественной денитрификации подземных вод бактериями очень низки. Поэтому в сельскохозяйственных районах Коми воды верхних водоносных горизонтов из гидрокарбонатных превращаются в нитратно-гидрокарбонатные (засоленные).
Также при внесении избыточных удобрений в поверхностных водах увеличивается содержание фосфора (благоприятный фактор для эвтрофикации озер и болот).
7.3. Контроль качества пресных вод. Качество природных вод оценивается путем сравнения присутствующих в них загрязняющих веществ с их ПДК или ОВОС для объектов хозяйственно-питьевого, культурно-бытового водопользования.
Такие показатели разработаны не только для выявления избытка загрязняющих веществ, но и недостатка жизненно важных химических элементов (напр., Se). Нормативный подход – начальный шаг оценки состояния воды, позволяющий быстро и с небольшими затратами определить приоритетные загрязнители и выработать практические рекомендации по снижению негативных последствий загрязнения. Во всех странах существуют нормативы качества питьевой воды.
Однако нормативный подход не учитывает сочетанного воздействия (синергизма или антагонизма) веществ. Это особенно касается случаев, когда эти вещества присутствуют в концентрациях, близких к ПДК, и когда вода употребляется длительное время.
Установлено, что долговременный эффект низких доз может быть более губительным для популяции гидробионтов, чем острое кратковременное токсическое воздействие.
Кроме того, каждый водоем уникален из-за больших различий в химическом составе, скорости перемешивания, температурном режиме и вертикальной стратификации водных масс. Нормативный подход при установлении ПДК недостаточно опирается на эксперименты.
Надежный прогноз и оценка состояния водной системы осложнены одновременным воздействием на систему множества изменчивых природных и антропогенных факторов; сложными физико-химическими и микробиологическими процессами, происходящими в водной среде.
Для понимания таких процессов надо учитывать химическое взаимодействие «вода – донные отложения» (особенно в случае подтока в воду флюидов или накопления тяжелых металлов в озерных илах). Также установлена важная роль в водных химических реакциях соединений углерода, серы, азота и фосфора, окислительно-восстановительного потенциала.
Наилучшим способом получения эмпирических данных о процессах в водной среде является гидрогеохимическое картирование с последующим обоснованием сети мониторинга. Информация, собранная в ходе долгих режимных наблюдений, служит основой для прогноза состояния водной системы во времени.
В настоящее время для экологического прогнозирования используется компьютерное моделирование гидрогеохимических процессов загрязнения поверхностных и подземных вод, вовлекающее в сферу изучения огромные массивы данных и позволяющие получить качественно новую информацию.
Крайнов С.Р., Швец В.М. Геохимия подземных вод хозяйственно-питьевого назначения. М.: недра, 1987.
Крайнов С.Р., Фойгт Г.Ю., Закутин В.П. Геохимические и экологические последствия изменений химического состава подземных вод под влиянием загрязняющих веществ // Геохимия. 1991. № 2.
Куренной В.В. , Пугач С.Л., Седов Н.В., Рачков М.М. Проблемы сосредоточенной эксплуатации подземных вод // Геол. вестник центр. районов России // 1999. №3.
Среднесрочная программа (1997 – 2001) рационального использования и охраны водных ресурсов Российской Федерации. М., 1991. Вып.1.
Руководство по контролю качества питьевой воды. Том 1. Рекомендации. ВОЗ, Женева, 1986.
Справочник предельно допустимых концентраций вредных веществ в пищевых продуктах и среде обитания. М., 1993.
Физическая география. М., 1991. С.56-65.
Небел Б. Наука об окружающей среде. М.: Мир, 1993.Т.1. С.229 – 248.
Исследованы зависимости между литологическими особенностями горных пород угленосной толщи Донбасса, установленные геофизическими методами, и их химическим составом.
Для районов нефтегазовых месторождений в качестве индикаторов техногенных нагрузок на природные среды нами исследуются газообразные сорбированные углеводороды и “прочие” газы.
Критерии оценки качества природных вод и методология его изучения.
На экологическое состояние окружающей среды, как известно, оказывают влияние как естественные, так и антропогенные факторы. К первым относятся интенсивность экзогенных процессов и явлений, а также естественная защищенность подземных и поверхностных вод.
Полигоны твердых бытовых отходов (ТБО) являются опасными источниками загрязнения окружающей среды. Особенно те из них, которые не оборудованы противофильтрационным экраном и эксплуатируются без должной изоляции.
При открытой добыче угля шахтами остаются участки земли, которые больше невозможно использовать, тем самым оставляя шрамы на поверхности земли. Реабилитация может смягчить некоторые из этих проблем.
Техногенное воздействие на геологическую среду, связанное с постоянно растущим объемом неперерабатываемой горной массы / около 100 млр. т. ежегодно/ создало в ряде регионов мира весьма напряженную экологическую обстановку.
Строение гидросферы. Взаимодействие поверхностных и подземных вод. Формирование гидрохимического состава подземных вод. Техногенное воздействие на подземные воды.
Охра́на вод – система мер, направленных на предотвращение, ограничение и устранение последствий загрязнения , засорения и истощения вод (ГОСТ 17.1.1.01-77. Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения).
Охрана вод от загрязнения – система мер, направленных на предотвращение, ограничение и устранение последствий загрязнения (СанПиН 2.1.5.980-00. Водоотведение населённых мест, санитарная охрана водных объектов . Гигиенические требования к охране поверхностных вод. Термины и определения).
Охрана водных объектов – система мероприятий, направленных на сохранение и восстановление водных объектов (Водный кодекс Российской Федерации от 3 июня 2006 г. № 74-ФЗ).
Вода – один из главных компонентов природной среды, основы охраны которой приведены в Федеральном законе «Об охране окружающей среды». Непосредственно основные принципы и правила охраны вод отражены в водном законодательстве.
На всех водопользователей в законодательном порядке возлагается обязанность сокращать объёмы изъятия и потери воды, не допускать засорения, истощения и загрязнения водных объектов. Запрещён сброс сточных вод (СВ) в водные объекты, если последние отнесены к особо охраняемым, содержат природные лечебные ресурсы, находятся в местах массового отдыха населения или курортных зонах, а также в местах нереста и зимовки ценных видов рыб и т.п.
В основу охраны вод положены следующие основные принципы:
Нормирование качества вод состоит в установлении для воды водного объекта совокупности допустимых значений показателей её состава и свойств, в пределах которых надежно обеспечиваются здоровье населения, благоприятные условия для хозяйственного использования вод и экологическое благополучие водного объекта.
К нормативам качества вод относятся:
Допустимые значения показателей состава вод устанавливаются в зависимости от вида водопользования . В настоящее время выделяют следующие виды водопользования : хозяйственно-питьевое, культурно-бытовое и рыбохозяйственное. Хозяйственно-питьевое водопользование предусматривает использование водных объектов в качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения населения и предприятий пищевой промышленности. Под культурно-бытовым водопользованием понимается использование водных объектов для купания, отдыха и занятий спортом. Требования к качеству воды для этого типа водопользования распространяются на все водные объекты, находящихся в черте населённых пунктов.
Практически все водные объекты отнесены к рыбохозяйственным и делятся, исходя из требований рыбного хозяйства, на три категории. К высшей категории относятся места нерестилищ, массового нагула и зимовья ценных видов рыб, а также охранные зоны хозяйств, занимающихся разведением и выращиванием рыб и других водных животных. К первой категории относятся водоёмы и водотоки , которые используются для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, имеющих высокую чувствительность к концентрации растворённого кислорода в воде; ко второй категории относятся водоёмы, используемые для иных рыбохозяйственных нужд.
Существуют две группы нормативов качества: первая группа установлена исходя из рыбохозяйственного использования водных объектов, вторая группа – из санитарно-гигиенических требований. Разработку и утверждение государственных санитарно-эпидемиологических правил и гигиенических нормативов осуществляет Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор) .
Нормирование антропогенного воздействия заключается в ограничении негативного воздействия на водные объекты при хозяйственной и иной деятельности. К видам негативного воздействия на водные объекты относятся: сбросы загрязняющих веществ , иных веществ и микроорганизмов в поверхностные водные объекты, подземные водные объекты и на водосборные площади ; шумовое, тепловое, электромагнитное, ионизирующее и другие виды физических воздействий. Также устанавливаются нормативы изъятия вод из водных объектов.
Нормативы допустимых сбросов веществ и микроорганизмов устанавливаются для стационарных, передвижных и иных источников воздействия на окружающую среду субъектами хозяйственной и иной деятельности исходя из нормативов допустимой антропогенной нагрузки на водный объект или водохозяйственный участок, нормативов качества воды , а также технологических нормативов.
Нормативы допустимого воздействия на окружающую среду должны обеспечивать соблюдение нормативов качества окружающей среды (вод) с учётом природных особенностей территорий и акваторий. За превышение установленных нормативов допустимого воздействия на водные объекты субъекты хозяйственной и иной деятельности в зависимости от причинённого окружающей среде вреда несут ответственность в соответствии с законодательством.
Для контроля соблюдения водохозяйственного законодательства проводятся регулярные наблюдения за состоянием водных объектов, за количественными и качественными показателями поверхностных и подземных вод, что обеспечивается Государственной системой мониторинга водных объектов .
В настоящее время в рамках системы мониторинга проводятся следующие основные виды наблюдений:
Основу Государственной системы мониторинга составляет наблюдательная сеть Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), которая решает следующие задачи:
Система мониторинга базируется на сети пунктов режимных наблюдений, которые устанавливаются на водоёмах и водотоках как в районах с повышенным антропогенным воздействием, так и на незагрязнённых участках.
Помимо Росгидромета мониторинг поверхностных и подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевых целей, осуществляет Роспотребнадзор.
Ведение локального мониторинга в зоне их влияния в соответствии с законодательством возложено на хозяйствующие субъекты.
Организация и осуществление государственного мониторинга водных объектов в порядке, установленном законодательством Российской Федерации, возложено и на бассейновые водные управления . Велика роль наблюдательной сети бассейновых водных управлений в мониторинге трансграничных водных объектов, т. е. водных объектов, формирующих свой сток на территории двух и более государств.
Платность водопользования – основа, на которой базируется экономическое регулирование использования, восстановления и охраны водных объектов. Любое пользование водным объектом является платным. Ставки платы за пользование водными объектами, порядок расчёта такой платы устанавливается соответственно Правительством Российской Федерации, органами государственной власти субъектов Российской Федерации, органами местного самоуправления.
Объекты налогообложения – виды пользования водными объектами:
Выплаты, связанные с водозабором, составляют около 85% общей суммы соответствующего налога и платежей (остальное приходится на налог/платежи за использование водных объектов для гидроэнергетики и иных целей). Часть платежей составляют платежи за негативное воздействие на водные объекты.
Постановлением Правительства Российской Федерации от 30 июля 2004 г. № 400 функции государственного надзора в области использования и охраны водных объектов возложены на Федеральную службу по надзору в сфере природопользования (Росприроднадзор), находящуюся в ведении Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации .
Данная служба осуществляет свою деятельность непосредственно через свои территориальные органы (Управления Росприроднадзора в соответствующих субъектах Российской Федерации) во взаимодействии с другими федеральными органами исполнительной власти, органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации, органами местного самоуправления, общественными объединениями и иными организациями.
Территориальные органы Росприроднадзора совместно с представителями Центра лабораторного анализа и технических измерений (ФБУ ЦЛАТИ) по соответствующему федеральному округу осуществляют контроль водопользователей.
Санитарно-эпидемиологический надзор на водных объектах и системах водоснабжения осуществляет Роспотребнадзор. Органы Роспотребнадзора проводят как плановые, так и внеплановые проверки предприятий на предмет соблюдения требований санитарного законодательства, защиты прав потребителей.
Соблюдение принципа: загрязнитель платит. Этот принцип включает два положения: во-первых, платежи должны идти целевым назначением на процессы восстановления, реабилитации водных объектов и никуда более; во-вторых, платить должен не только тот, кто сбрасывает загрязняющие вещества в водные объекты, но всякий, кто оказывает на водные объекты и их водосборы иные негативные виды воздействия, в том числе и в результате аварийных ситуаций (аварии на транспорте, продуктопроводах). При наличии этих двух дополнений сформулированный выше принцип становится принципом компенсации: наносящий природе ущерб обязан содействовать её оздоровлению. Иными словами, всякая деятельность, наносящая ущерб водным объектам, должна быть одновременно источником средств, труда по их восстановлению (реабилитации).
Охрана вод (водных объектов) включает реализацию следующих конкретных мероприятий:
Водоохранными зонами являются территории, прилегающие к береговой линии морей, рек, ручьёв, каналов, озёр и водохранилищ с установленным специальным режимом осуществления хозяйственной деятельности.
Зоны санитарной охраны организуются в составе трёх поясов: первый пояс (строгого режима) включает территорию расположения водозаборов, площадок всех водопроводных сооружений и водопроводящего канала . Его назначение – защита места водозабора и водозаборных сооружений от случайного или умышленного загрязнения и повреждения. Второй и третий пояса (пояса ограничений) включают территорию, предназначенную для предупреждения загрязнения воды источников водоснабжения.
Очистные сооружения представляют собой комплекс инженерных сооружений в системе канализации населённого места или промышленного предприятия, предназначенный для очистки сточных вод от содержащихся в них загрязнений. Цель очистки – подготовка сточных вод к использованию на производстве или к спуску вводные объекты.
Производственные сточные воды, как правило, подвергаются вначале очистке на локальных очистных сооружениях для снижения концентрации загрязнений, извлечения и утилизации находящихся в них полезных веществ, а также для подготовки этих вод к очистке на общезаводских очистных сооружениях (если это необходимо). После локальной очистки или обработки на общезаводских очистных сооружениях сточные воды могут быть снова использованы в технологическом процессе. В отдельных случаях очищенные производственные воды спускаются в водоёмы либо (без полной очистки) – в городские канализационные системы.
В настоящее время стоит задача расширения систем оборотного водоснабжения, обеспечивающих как снижение потребления свежей воды из водных объектов или систем водоснабжения, так и снижение сбросов загрязнённых вод в водные объекты.
Зашита водных ресурсов от истощения и загрязнения вредными веществами предусматривает комплекс мер: 1) разработку соответствующих законодательных актов; 2) организацию мониторинга водных объектов; 3) охрану поверхностных и подземных вод, включая очистку промышленных и бытовых стоков; 4) подготовку воды, используемой для питьевых и хозяйственных целей; 5) государственный контроль за использованием и охраной водных ресурсов.
Водное законодательство включает Водный кодекс Российской Федерации и принимаемые в соответствии с ним федеративные законы и иные нормативные правовые акты, а также законы и иные нормативные правовые акты субъектов РФ (республик, краев, областей).
Целью водного законодательства является регулирование отношений в области использования и охраны водных объектов. При этом использование водных объектов для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения является приоритетным. Для указанного вида водоснабжения необходимо использовать защищенные от засорения и загрязнения поверхностные и подземные водные объекты.
На всех водопользователей в законодательном порядке возлагается обязанность сокращать изъятия и потери воды, не допускать засорения, истощения и загрязнения водных объектов. Запрещен сброс сточных вод (СВ) в водные объекты, если последние отнесены к особо охраняемым, содержат природные лечебные ресурсы, находятся в местах массового отдыха населения или курортных зонах, а также в местах нереста и зимовки ценных видов рыб и т.п.
Главную роль в охране вод играет государственный учет поверхностных и подземных вод, который осуществляется в целях текущего и перспективного планирования рационального использования водных ресурсов, их восстановления и охраны. В его основе лежат данные государственного мониторинга и данные учета, которые предоставляются водопользователями. Своды систематизированных данных о водных объектах, водных ресурсах, режиме, качестве и использовании вод, а также о водопользователях включаются в водный кадастр.
Водный кодекс РФ запрещает вводить в эксплуатацию:
Важную роль в охране водных ресурсов играет лицензирование водопользования, а также сброса сточных и других вод. Порядок лицензирования водопользования регулируется ст. 48-53 и 83 Водного кодекса РФ, а также постановлением Правительства РФ «Об утверждении Правил предоставления в пользование водных объектов, находящихся в государственной собственности, установления и пересмотра лимитов водопользования, выдачи лицензии на водопользование и распространительной лицензии».
Нарушение требований по охране и рациональному использованию водных объектов влечет за собой ограничение, приостановление и даже запрещение эксплуатации хозяйственных и других объектов, которые оказывают негативное влияние на состояние водных объектов. Решение об этом принимается Правительством РФ или органами исполнительной власти ее субъектов. Предварительно дается представление специально уполномоченного государственного органа управления использованием и охраной водного фонда, специально уполномоченных государственных органов в области охраны ОПС, государственного органа санитарно-эпидемиологического надзора.
Государственный мониторинг водных объектов, являясь составной частью системы государственного мониторинга окружающей природной среды, включает мониторинг поверхностных водных объектов суши и морей, мониторинг подземных водных объектов, мониторинг водохозяйственных систем и сооружений.
Он предусматривает: 1) постоянные наблюдения за их состоянием качественными и количественными показателями как поверхностных, так и подземных вод; 2) сбор, хранение и обработку данных наблюдений; 3) создание и ведение банков данных; 4) оценку, составление прогнозов изменения состояния водных объектов и передачу соответствующей информации правительственным органам Федерации и ее субъектов.
Государственный мониторинг водных объектов осуществляет Министерство природных ресурсов (МПР), Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) и другие специально уполномоченные государственные органы в области охраны окружающей среды.
МПР РФ отвечает за развитие сети станций и постов наблюдения на водных объектах, разработку автоматизированных информационных систем (АИС) по ведению государственного мониторинга водных объектов, создание наблюдательной сети постов на водохозяйственных системах и сооружениях. Росгидромет ведет наблюдение за загрязнением поверхностных вод суши, охватывая при этом 154 водоема и 1172 водотока, на которых исследуются гидрохимические показатели.
Санитарно-эпидемиологическая служба России отвечает за санитарную охрану водоемов. Она располагает 2600 санитарно-эпидемиологическими учреждениями, 35 научно-исследовательскими учреждениями гигиенического и эпидемиологического профиля. Кроме того, имеется сеть санитарных лабораторий на предприятиях, занятых изучением состава сточных вод и качества воды водоемов.
В настоящее время большое внимание уделяется развертыванию сети автоматизированных станций, которые способны измерять и контролировать изменение десятков показателей качества воды, причем весьма быстро.
В целях разработки комплексных мероприятий, имеющих целью удовлетворение перспективных потребностей в воде населения и народного хозяйства в сочетании с охраной вод, составляются генеральные, бассейновые и территориальные схемы.
Генеральные схемы комплексного использования и охраны вод определяют принципиальные направления развития водного хозяйства страны, что позволяет достаточно четко выявить технико-экономическую целесообразность и очередность проведения наиболее крупных водохозяйственных мероприятий. На их основе разрабатываются бассейновые схемы для бассейнов рек и других водных объектов. Территориальные схемы, разрабатываемые на основе генеральной и бассейновой схем, охватывают конкретные экономические районы страны и субъекты Российской Федерации.
Для координации деятельности различных водопользователей, направленной на восстановление и охрану водных объектов в пределах бассейна, Водный кодекс РФ требует составления так называемого бассейнового соглашения о восстановлении и охране водных объектов. Указанные соглашения заключаются между специально уполномоченным государственным органом управления использованием и охраной водного фонда и органами исполнительной власти субъектов Федерации, которые расположены в пределах бассейна водного объекта (например, озера Байкал).
Бассейновое соглашение основывается на водохозяйственных балансах, схемах комплексного использования и охраны водных ресурсов, государственных программах по использованию, восстановлению и охране водных ресурсов и в обязательном порядке учитывает предложения органов государственной власти субъектов РФ (краев, областей и т.д.).
В 1996 г. Правительство России приняло постановление «О порядке разработки и утверждения нормативов предельно допустимых вредных воздействий на водные объекты», согласно которому нормативы ПДВ на водные объекты должны разрабатываться и утверждаться по бассейну водного объекта или его участку в целях поддержания поверхностных и подземных вод в надлежащем состоянии.
К поверхностным относятся воды, постоянно или временно находящиеся на земной поверхности. Это воды рек, временных водотоков, озер, водохранилищ, прудов, водоемов, болот, ледников и снежного покрова.
Меры по их охране предусмотрены в Правилах охраны поверхностных вод, утвержденных Госкомприроды СССР от 21.02.91. Особое внимание в них уделено охране водных объектов при сбросе в них сточных вод.
Поверхностные воды охраняются от засорения, истощения и загрязнения. Для предупреждения засорения осуществляют мероприятия, которые исключают попадание в них мусора, твердых отходов и других предметов, отрицательно воздействующих на качество вод и условия обитания гидробионтов. Строгий контроль за минимально допустимым стоком вод, ограничение их нерационального потребления способствуют защите поверхностных вод от истощения.
Весьма важной и притом сложной проблемой является защита поверхностных вод от загрязнения. С этой целью предусматривается ряд мероприятий, в частности: мониторинг водных объектов; созда-
ние водоохранных зон; развитие безотходных и безводных технологий, а также систем оборотного (замкнутого) водоснабжения; очистка сточных вод (промышленных, коммунально-бытовых и других); очистка и обеззараживание поверхностных и подземных вод, используемых для питьевого водоснабжения и других целей.
Для поддержания водных объектов в состоянии, которое соответствует экологическим требованиям, исключает загрязнение, засорение и истощение поверхностных вод и сохраняет среду обитания животных и растений, организуют водоохранные зоны. Ими являются территории, примыкающие к акватории рек, водохранилищ и других поверхностных водных объектов; на них устанавливается специальный режим использования и охраны природных ресурсов, а также осуществления иной деятельности. В пределах указанных зон устанавливаются прибрежные защитные полосы, где не разрешается распахивать землю, рубить лес, размещать фермы, и т.п.
Согласно Водному кодексу РФ на правительство страны возложена обязанность установления размеров и границ водоохранных зон и их прибрежных защитных полос. Так, минимальная ширина указанных зон для озер от среднемноголетнего уреза в летний период и для водохранилищ от уреза воды при нормальном подпорном уровне при акватории до 2 км 2 составляет 300 м, более 2 км 2 - 500 м.
Аналогичный показатель для рек определяется длиной реки: от истока до 10 км - 15 м; от 11 до 50 км - 100 м; от 51 до 100 км - 200 м; от 201 до 300 км - 400 м; свыше 500 км - 500 м.
Большое значение в деле охраны поверхностных вод от засорения и загрязнения имеют водоохранные лесные насаждения вокруг естественных и искусственных водоемов и водотоков. Они предназначены для защиты их от разрушительных действий ветров и поступающей в них с водосбора воды, а также для уменьшения потерь воды на испарение. Лесные насаждения улучшают водный режим водоемов, санитарно-гигиенические условия побережья и его ландшафтно-декоративное оформление, качество воды в водоемах, уменьшают их заиление, сокращают потери земельных угодий из-за переработки берегов волнами (абразии). Водоохранные лесные насаждения, размещаемые вокруг питьевых водохранилищ, должны удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям, которые предъявляются к питьевым водохранилищам. В их состав входят до 50% хвойных пород, которые размещают в крайних 2-3 рядах со стороны водохранилища для защиты его зеркала от опадающих листьев.
Помимо водоохранных зон в целях обеспечения охраны под могут устанавливаться также округа санитарной охраны. Они устанавливаются в целях охраны водных объектов, используемых для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, а также содержащих природные лечебные ресурсы.
При очистке сточных вод (СВ) производится разрушение или извлечение из них вредных веществ.
Комплексом инженерно-технических сооружений и санитарных мероприятий, которые обеспечивают сбор и удаление за пределы населенных мест и предприятий загрязненных СВ, их очистку, обезвреживание и обеззараживание (уничтожение опасных микроорганизмов), является канализация.
Согласно Ю.В. Новикову (1998 г.), мощность очистных сооружений канализации в стране превышает 58 млн м 3 в сутки, а протяженность канализационных сетей в населенных пунктах достигла 114 тыс. км. Через системы канализации городами и иными населенными пунктами сбрасывается 21,9 млрд м 3 сточных вод в год; из них только 76% проходит через очистные сооружения. В поверхностные водные объекты (а это главные источники питьевого водоснабжения) ежегодно через коммунальные системы канализации поступает 13,3 млрд м 3 СВ, из которых 92% сбрасывается загрязненными и лишь 8% стоков очищается на очистных сооружениях до установленных нормативов. Согласно официальным данным, 60% эксплуатируемых канализационных очистных сооружений перегружены, около 38% эксплуатируются 25-30 лет и требуют срочной реконструкции. Добавим к этому, что 52 города и 845 поселков городского типа вообще не имеют централизованных систем канализации.
В целях экономического стимулирования природоохранных мероприятий Правительство РФ в 1996 г. приняло постановление «О взимании платы за сброс сточных вод и загрязняющих веществ в системы канализации населенных пунктов», согласно которому определен порядок и размеры платежей за сброс СВ и загрязняющих веществ в системы канализации населенных пунктов с предприятий и организаций, отводящих свои СВ в указанные системы. При этом плата распределяется в соотношении: в федеральный бюджет - 40%, в бюджет субъектов Федерации - 60%, Полученные средства должны направляться на восстановление и охрану водных объектов.
Очистка бытовых СВ может осуществляться механическими и биологическими методами. При механической очистке СВ разделяют на жидкую и твердую части. Жидкая далее подвергается биологической очистке, которая может быть естественной и искусственной. Естественная биологическая очистка СВ осуществляется на земледельческих полях орошения и фильтрации, а также в биологических прудах. Искусственная биологическая очистка проводится на специальных сооружениях (биофильтрах, аэротенках). Образующийся при этом ил обрабатывают на иловых площадках или в специальных устройствах - метатенках.
Производственные СВ предварительно проходят локальные очистные сооружения, где освобождаются от взвешенных частиц или специфических токсичных компонентов с использованием механических, химических или физико-химических методов очистки.
На практике применяется несколько видов систем орошения: сплошной залив, залив по бороздам и полосам, дождевание, подпочвенное орошение. Последний способ наиболее удовлетворяет санитарно-техническим, эпидемиологическим, агроэкономическим, водохозяйственным и, что немаловажно, эстетическим требованиям. При использовании очистных сооружений с полями орошения и при круглогодичном приеме СВ с сезонным регулированием их подачи, полив осуществляется только в вегетационный период, а в остальное время СВ поступают в пруды-накопители.
Биологические пруды предназначены для глубокой очистки бытовых и производственных СВ, предварительно прошедших очистку на ЛОС. Различают пруды с естественной и искусственной аэрацией (с помощью механических аэраторов), их глубина обычно в пределах 1-3 м. В окислительных процессах большую роль играет водная растительность, которая способствует снижению концентрации биогенных элементов и регулирует кислородный режим водоема.
Сооружения искусственной биологической очистки. В основе биологической очистки лежит, как известно, процесс биологического окисления органических соединений, содержащихся в СВ. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), который включает множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов - водорослей, грибов и тл., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоз, симбиоз и антагонизм).
Биофильтры находят широкое применение при суточных расходах бытовых и производственных СВ до 20-30 тыс. м 3 /сут.
Биофильтр представляет собой резервуар, который заполняется загрузочным материалом (гравий, керамзит, шлак). Сточная вода полается выше поверхности загрузочного материала; равномерно над ней распределяется через загрузочный материал, на поверхности которого образуется биологическая пленка (биоценоз), аналогичный активному илу в аэротенке.
При эксплуатации сооружений биологической очистки следует тщательно соблюдать технологический регламент их работы, не допускать перегрузок и особенно залповых поступлений токсичных компонентов, значительных отклонений от активной реакции среды, так как эти нарушения могут губительно сказаться на жизнедеятельности микроорганизмов и вывести биологические окислители из строя.
Обеззараживание СВ, прошедших стадию биологической очистки, а также не прошедших таковую, проводят газообразным хлором, хлорной известью, а также гипохлоритом натрия. В последние годы интенсивно внедряются методы обеззараживания СВ при помощи озона и УФ-лучей, а также электроимпульсного разряда.
Место выпуска сточных вод населенного пункта должно быть расположено ниже его границы по течению водотока. Сброс сточных, сбросных и дренажных вод в черте населенного пункта допускается в исключительных случаях на основании разрешений, выдаваемых органами по охране ОПС и согласованных с органами государственного санитарного надзора.
Поверхностная гидросфера неразрывно связана с атмосферой, подземной гидросферой, литосферой и другими компонентами ОПС. Поэтому, учитывая взаимосвязь всех ее экосистем, нельзя обеспечить чистоту поверхностных водоемов и водотоков без соответствующей защиты подземных вод. Последняя заключается в предотвращении истощения запасов подземных вод и предохранении их от загрязнения.
Согласно ст. 1 Водного кодекса РФ подземные воды -- это воды, в том числе минеральные, находящиеся в подземных водных объектах. При этом подземные воды и вмещающие их горные породы признаны единым водным объектом.
В целях борьбы с истощением запасов пресных подземных вод, являющихся стратегическим резервом для питьевого водоснабжения будущих поколений, предусматриваются следующие мероприятия: 1) рационально е размещение водозаборов по площади; 2) регулирование режима водоотбора подземных вод; 3) уточнение величины эксплуатационных запасов (чтобы не допустить их истощения); 4) для самоизливающихся артезианских скважин установление кранового режима эксплуатации.
Иногда для профилактики истощения подземных вод применяют искусственное пополнение их посредством перевода части поверхностного стока в подземный.
Борьба с загрязнением подземных вод включает профилактические и специальные мероприятия. Профилактические меры являются основными, поскольку требуют наименьших затрат. Специальные мероприятия направлены в первую очередь на изоляцию источников загрязнения от остальной части водоносного горизонта (противофильтрационные стенки, завесы), перехват загрязненных подземных вод с помощью дренажа или откачки их из специальных скважин.
Важнейшей профилактической мерой предупреждения загрязнения подземных вод в районах водозаборов служит устройство вокруг них зон санитарной защиты.
Зоны санитарной защиты (ЗСЗ) состоят из трех поясов. Первый пояс включает территорию на расстоянии 30-50 м непосредственно от места водозабора (скважины). Это зона строгого режима, в ней запрещено присутствие посторонних лиц и проведение работ, не связанных с эксплуатацией водозабора. Второй пояс ЗСЗ служит для зашиты водоносного горизонта от бактериальных загрязнений, а третий - от химических загрязнений. Здесь запрещается размещение любых объектов, которые могут вызвать то или иное загрязнение, например животноводческих комплексов. Не допускается рубка леса, использование ядохимикатов и др.
Минприроды России в 1998 г. утвердило Методические указания по разработке нормативов предельно допустимых вредных воздействий (ПДВВ) на подземные водные объекты и предельно допустимых сбросов вредных веществ в подземные водные объекты. Нормативы ПДВВ представляют собой совокупность количественных и качественных показателей (характеристик) процессов и сооружений, которые могут оказывать вредное воздействие на подземные воды. В случае соблюдения этих нормативов вредное воздействие не превышает допустимых пределов.
Нормативы ПДВВ определяются для каждого проектируемого, строящегося или действующего объекта хозяйственной деятельности применительно к конкретному подземному водному объекту, на который может оказывать воздействие указанная деятельность.
В России свыше 2,5 млн малых (длиной до 100 км) рек. Они формируют почти половину суммарного объема речного стока, в их бассейнах проживает до 44% всего городского населения и почти 90% сельского (Ю.В. Новиков, 1998).
Малые реки, будучи своеобразным компонентом географической среды, выполняют функции регулятора водного режима определенных ландшафтов, поскольку в значительной степени поддерживают равновесие и осуществляют перераспределение влаги. Добавим к этому, что они определяют гидрологическую и гидрохимическую специфику средних и крупных рек.
Поскольку сток малых рек формируется в тесной связи с ландшафтом бассейна, они отличаются высоким уровнем уязвимости, причем не только при чрезмерном использовании водных ресурсов, но и при освоении водосбора. Особенно большой вред малым рекам наносит интенсивная хозяйственная деятельность. Из-за этого они быстро зарастают и заболачиваются, деградируют и, в конце концов, исчезают.
Охрана вод малых рек тесно связана с охраной от загрязнения той территории, с которой река собирает свои воды. Специалисты подсчитали, что за год в малые реки Владимирской области поступает более 4000 т органики, 6000 т взвешенных веществ, десятки тонн нефтепродуктов, а с полей смывается паводками и дождями более 2000 т аммонийного азота и 600 т нитратов.
Поскольку у малых рек способность к самоочищению существенно ниже, нежели у больших, важно создавать на их берегах водоохранные зоны и строго поддерживать их режим. В указанную зону (шириной от 100 до 500 м) входят пойма, надпойменные террасы, бровки и крутые склоны берегов, овраги и балки. Вдоль берегов рекомендуется устройство, полосы леса или луга шириной от 15 до 100 м. Запрещается распашка склонов по берегу, выпас скота, строительство животноводческих ферм, обработка прилегающих к рекам полей ядохимикатами. Овраги, примыкающие к водоохранной зоне, должны быть укреплены, родники, которые питают малую реку, - расчищены.
Повышению способности малых рек к переработке биохимически окисляемых примесей, которые поступают со стоками и сбросами загрязненных вод, способствует искусственная аэрация. Это достигается посредством установки плотины с переливом, благодаря чему падающая даже с небольшой высоты вода хорошо насыщается кислородом.
Методы очистки производственных сточных вод подразделяются на механические, химические, физико-химические и биологические.
Для механической очистки применяют следующие сооружения: решетки, на которых задерживаются грубые примеси размером больше 5 мм; сита, задерживающие примеси СВ размером до 5 мм; песколовки, служащие для задержания минеральных загрязнений СВ, преимущественно песка; жироловки, маслоловушки, нефтеловушки, смололовушки для улавливания из СВ соответствующих загрязнений, более легких, чем вода; отстойники для осаждения взвешенных веществ с удельным весом больше единицы.
Принцип действия песколовки основан на том, что под влиянием сил тяжести частицы, удельный вес которых больше, чем удельный вес воды, по мере движения их вместе с водой в резервуаре оседают на дно. В соответствии с закономерностями гидравлики потока песчинки уносятся вместе с водой только при определенной скорости течения. При снижении этой скорости крупицы песка оседают на дно резервуара, а вода течет дальше.
Песколовки бывают горизонтальные, в которых вода движется в горизонтальном направлении, вертикальные, в которых вода движется вертикально вверх и круглые с винтовым (поступательно-вращательным) движением воды.
В последних песколовках происходят процессы, аналогичные явлениям, наблюдаемым в чайной чашке. При перемешивании налитого в чашку чая чаинки собираются в центре чашки. При круговом движении СВ в круглой песколовке крупные частицы песка аналогичным образом собираются в ее центре. Через устроенное в центре песколовки отверстие они попадают в специальную камеру.
При механической очистке из производственных СВ путем процеживания, отстаивания и фильтрования удаляется до 90% нерастворимых механических примесей различного характера (песок, глинистые частицы, окалина и другие), а из бытовых СВ - до 60%.
В целях очистки СВ от нефтепродуктов также широко применяется метод отстаивания, который в данном случае основан на способности самопроизвольного разделения воды и нефтепродуктов. Частицы последних под действием сил поверхностного натяжения приобретают сферическую форму, и их размеры находятся в диапазоне от 2 до 3 10 2 мкм. В основе процесса отстаивания лежит принцип выделения нефтепродуктов под действием разности плотностей воды и частиц масла. Содержание нефтепродуктов в стоках находится в широких пределах и составляет в среднем 100 мг/л.
Выделение нефтепродуктов производится в нефтеловушках. Грязная вода подается в приемную камеру и, пройдя под перегородкой, попадает в отстойную камеру, где и происходит процесс разделения воды и нефтепродуктов. Очищенная вода выводится из нефтеловушки, а нефтепродукты образуют пленку на поверхности воды и удаляются специальным устройством. Подобным образом устроены жироловушки, маслоловушки и смололовушки, использующие принцип разности плотности воды и загрязнений, более легких (например, масло), чем вода.
Химические методы применяются для очистки производственных СВ. Основными приемами являются нейтрализация и окисление-восстановление, они могут применяться и как самостоятельные, и как вспомогательные в сочетании с другими.
Производственные технологические процессы проходят как в кислых (избыток ионов Н +), так и в щелочных (избыток ОН -) средах, что приводит к появлению соответствующих стоков. Сбалансировать количество ионов Н + и ОН - - в этом состоит суть метода нейтрализации при очистке стоков.
Рациональным является взаимное объединение кислых и щелочных стоков. Водоотведение кислых и щелочных стоков по единой системе трубопроводов не всегда целесообразно, так как это может вызвать выпадение осадков в трубах и, как следствие, засорение сети.
В целях нейтрализации кислых вод применяют щелочные реагенты: известь СаО, гашеную известь Са(ОН) 2 , кальцинированную соду Na 2 CО 3 , каустическую соду NaOH, аммиачную воду, а также фильтрование через нейтрализующие материалы (известняк, доломит, магнезит, мел).
Для нейтрализации щелочных вод наиболее часто применяются кислоты: серная, соляная, азотная, реже уксусная. Возможно использование для этих целей также дымовых газов, содержащих СО 2 SО 2 , NО 2 .
Сточные воды, содержащие окисленные переменновалентные элементы (Cr +6 , Cl - , Cl +5 , N -3 , N +5 и др.), обезвреживаются в две ступени. На первой элементы, находящиеся в высшей (или высокой) степени окисления, восстанавливаются до низшей (или промежуточной) валентности, при которой данный элемент на второй ступени очистки может быть выделен из жидкой фазы в виде осадка, газа или переведен в малотоксичную форму.
Окислительный метод используется при очистке промышленных СВ от токсичных цианидов, сульфидов, меркаптанов, фенолов, крезолов и т.д. Реагентами являются хлор и его производные (гипохлориты, диоксид, хлораты), кислород, озон, перманганаты, хроматы и бихроматы, пероксид водорода. Восстановительный метод применяется для очистки СВ от нитритов и нитратов, хроматов и бихроматов, хлоратов и перхлоратов, сульфатов, броматов, йодатов. Восстановителями в этом случае служат окисленные переменновалентные элементы, содержащиеся в сульфитах, сульфидах, солях двухвалентного железа, диоксиде серы (из дымовых газов).
Физико-химические методы также в основном применяются для очистки производственных СВ. Однако в последнее время некоторые из них стали использоваться и при очистке городских СВ. К ним относится, в частности, коагуляция - процесс укрупнения коллоидных частиц в жидкости за счет электростатических сил межмолекулярного взаимодействия. При первоначальном размере частиц 0,001 - 0,1 мкм после коагуляции их величина достигает 10 мкм и более, т.е. тех размеров, при которых они могут быть выделены механическими методами. Коагуляция не только приводит к слипанию частиц, но и нарушает агрегативную устойчивость полидисперсной системы, в результате чего происходит разделение твердой и жидкой фаз.
Разновидностью коагуляции является процесс флокуляции - укрупнение мелкодисперсных частиц за счет электростатического взаимодействия под влиянием специально вводимых полиэлектролитов - флокулянтов. В практике водоочистки наибольшее распространение получили активированная кремнекислота и полиакриламид (ПАА). Доза коагулянтов и флокулянтов зависит от состава обрабатываемых вод и уточняется при пусконаладочных работах на очистных сооружениях.
Флотация - процесс выделения из воды в пенный слой взвешенных и эмульгированных загрязнений в результате прилипания к пузырькам газа, подаваемого снизу в очищаемой жидкости.
Сорбция - метод глубокой очистки производственных СВ от растворенных органических и некоторых неорганических загрязнений. В процессах водообработки она может применяться как самостоятельно, так и в сочетании с другими биологическими, химическими методами. Сорбция позволяет не только выделить и сконцентрировать загрязнения из СВ, но и утилизировать их в технологическом процессе, а очищенные воды использовать в оборотном водоснабжении.
Механизм адсорбции заключается в переходе молекулы растворенного вещества из объема жидкости на поверхность твердого сорбента под действием его силового поля. В качестве сорбентов используют различные естественные и искусственные материалы: золу, коксовую мелочь, торф, цеолиты, активные глины и др. Особенно широко для этих целей применяются активированные угли, удельная поверхность адсорбции достигает 400-900 м 2 /г.
Для концентрированных СВ, содержащих органические загрязнения, представляющие техническую ценность, эффективным методом очистки является экстракция. Она основана на смешивании двух взаимонерастворимых жидкостей (одна из которых сточная вода) и распределении в них, согласно растворимости, загрязненного вещества.
В качестве экстрагентов используют различные органические вещества: ацетон, хлороформ, бутилацетат, толуол и т.д. Разделение экстрагента и экстрагированного вещества производится перегонкой смеси. Это определяет одно из основных требований выбора экстрагента: разная температура кипения экстрагента и выделяемого вещества. После разделения смеси экстрагент вновь используется в цикле очистки вод, а вещество утилизируется.
Ионный обмен - извлечение катионов и анионов из растворенных в СВ загрязнений при помощи ионитов, являющихся твердыми природными или искусственными материалами (например, искусственные ионообменные смолы). Извлеченные при помощи ионного обмена вещества в дальнейшем утилизируются или уничтожаются. Катиониты вступают в обмен с катионами, аниониты - с анионами.
Несмотря на эффективность и экологичность, ионообменный метод не нашел широкого применения в промышленности из-за дефицита ионообменных смол и необходимости организации реагентного хозяйства для регенерации ионитов.
Биологический метод, описанный выше, является наиболее экологически чистым из всех методов. Один из основных принципов экологии - «природа знает лучше» - реализуется здесь микробными сообществами путем превращения сложных экологически опасных веществ в простые, безвредные.
Подсчитано, что 1 м 3 неочищенной СВ, поступивший в природный водный объект, может загрязнить сотни кубометров чистой воды, создав тем самым неприемлемые условия для жизнедеятельности гидробионтов. Поэтому перспективны такие технологии, которые или вообще не используют воду, или не образуют загрязненных стоков. Успешное внедрение их в практику полностью решило бы проблему защиты водоемов от загрязнения. В настоящее время в ряде производств химической промышленности, например, в производстве аммиака, синтетического метанола и других продуктов, перешли от водяного охлаждения высокотемпературных газовых смесей на воздушное. Так были сняты весьма острые вопросы забора свежей воды для производственных нужд и образования загрязненных сточных вод.
Перспективны также технологии водообеспечения, которые характеризуются минимальным потреблением свежей воды. При замкнутой технологии предприятие забирает воду из природного источника, использует ее для производства продукции, после чего образовавшаяся СВ подвергается глубокой очистке и вновь возвращается в цикл. Имеющиеся небольшие потери воды, например при испарении, пополняются посредством забора свежей воды.
В ряде отраслей промышленности частично реализованы замкнутые водооборотные схемы с локальной очисткой. Так, в нефтехимической промышленности оборотное водоснабжение сэкономило 90% воды производственного назначения.
Важнейших среди водоохранных проблем является разработка эффективных с эколого-гигиенических позиций методов подготовки поверхностных вод для питьевых целей.
Загрязнение природных источников питьевого водоснабжения при недостаточной эффективности работы водоочистных сооружений влечет за собой ухудшение качества подаваемой потребителям питьевой воды и создает опасность для здоровья населения во многих регионах России, обусловливает высокий уровень заболеваемости кишечными инфекциями, гепатитом, увеличивает степень риска воздействия на организм человека канцерогенных и мутагенных факторов.
Каждый второй житель нашей страны вынужден использовать для питьевых целей воду, не соответствующую по ряду показателей гигиеническим требованиям; почти треть населения страны пользуется децентрализованными источниками водоснабжения без соответствующей водоподготовки; население ряда регионов страдает от недостатка питьевой воды и отсутствия связанных с этим санитарно-бытовых условий. Отставание России от развитых стран по средней продолжительности жизни и повышенная смертность (особенно детская) в значительной мере связаны с потреблением недоброкачественной воды.
Более 100 лет метод обеззараживания воды хлором является в России наиболее распространенным способом борьбы с загрязнением. В последние годы было установлено, что хлорирование воды представляет серьезную угрозу для здоровья людей, поскольку попутно образуются крайне вредные хлорорганические соединения и диоксины. Добиться снижения концентрации указанных веществ в питьевой воде можно путем замены хлорирования на озонирование или обработку УФ-лучами. Эти прогрессивные методы широко внедряются на станциях водоп од готовки многих стран Западной Европы и США. В нашей стране, к сожалению, из-за экономических трудностей применение экологически эффективных технологий осуществляется крайне медленно.
На ряде отечественных станций водоподготовки на заключительной стадии используют сорбционные процессы с применением активированных углей (адсорбентов), которые эффективно извлекают из воды нефтепродукты, СПАВ, пестициды, хлорорганические и другие соединения, в том числе и обладающих канцерогенными свойствами.
При неуклонном возрастании техногенного загрязнения поверхностных вод в мировой практике питьевого водоснабжения в последние десятилетия наметилась тенденция к переходу на использование артезианских (подземных) вод. Артезианские воды выгодно отличаются от поверхностных: уровень их минерализации, органического, бактериального и биологического загрязнения намного ниже. В ряде случаев такие воды вполне отвечают гигиеническим требованиям и могут подаваться потребителям, минуя традиционную подготовку.
Однако если артезианские воды по своей гидрохимической природе бескислородные (не содержат растворенного кислорода), то они могут содержать ингредиенты-восстановители (ионы Мn 2+ , Fе 2+ и сероводород) в концентрациях, превышающих допустимые. Тогда необходима очистка, которая сводится к обработке воды сильными окислителями, например, перманганатом калия, озоном, кислородными соединениями хлора. В результате обработки названные примеси переходят в нерастворимое состояние и затем легко удаляются фильтрованием.
В 1997 г. правительство России утвердило «Положение об осуществлении государственного контроля за использованием и охраной водных объектов», в соответствии с которым указанный контроль осуществляют Министерство природных ресурсов (МПР), отделы государственного контроля за использованием и охраной водных объектов территориальных органов (бассейновых органов, которые функционируют на территории субъекта Российской Федерации).
Основной задачей МПР является осуществление государственного контроля за соблюдением требований водного законодательства России, стандартов, нормативов, правил и иных правовых актов, имеющих обязательную силу для всех пользователей водными объектами при проведении ими всех видов работ, связанных с использованием и охраной водных объектов, в том числе внутренних морских вод и территориального моря РФ. Вместе с органами Госсанэпиднадзора Министерство осуществляет государственный контроль за изучением, использованием и охраной подземных водных объектов, а совместно с органами федерального горного промышленного надзора - водных объектов, содержащих природные лечебные ресурсы.
Государственные инспекторы по контролю за использованием и охраной водных объектов наделены широкими полномочиями, в частности они имеют право: посещать без предварительного уведомления объекты и организации, являющиеся водопользователями и водопотребителями, а также при необходимости военные, оборонные и другие объекты с учетом установленного режима их посещения; давать обязательные для использования предписания по устранению выявленных в ходе проверок нарушений режима пользования водными объектами и контролировать их исполнение; осматривать и при необходимости задерживать суда (в том числе иностранные), допустившие незаконный сброс загрязняющих веществ или не принявшие необходимые меры по предотвращению загрязнения водных объектов; предъявлять организациям (в том числе режимным) и физическим лицам требования провести мероприятия по улучшению состояния, использования и охраны водных объектов и по организации контроля за сточными водами и их влиянием на водные объекты; рассматривать дела об административных правонарушениях и налагать административные взыскания на лиц, виновных в нарушении водного законодательства.
Следует иметь в виду, что решения органов государственного контроля за использованием и охраной водных объектов являются обязательными для исполнения всеми водопользователями; они могут быть обжалованы только в гражданский или арбитражный суд.
Вопросы для самоконтроля
Ежедневно сотни миллионов людей встречаются с этим веществом, совсем не задумываясь об этом. Гениальный Леонардо да Винчи назвал ее соком жизни на Земле, и следует признать, что он был прав. Вода – и это знает каждый – необходима для существования животных и растений, для нашей собственной жизни.
Любое животное состоит в значительной степени из воды: она составляет не менее девяти десятых общей массы их тела. Много воды и в теле человека. Для того чтобы подсчитать количество воды в своем организме нужно массу тела разделить на 3, а полученное число умножить на 2. В организме человека идет «круговорот воды» - за сутки сердце прогоняет жидкости в 150 раз больше массы человека, а почки 1000 л.
Вода является источником энергии. Она выступает своеобразным генератором энергии в каждой клетке организма. Проходя через клеточные мембраны, она приводит в действие катионные насосы, генерирующие напряжение. В результате этого и вырабатывается гидроэлектрическая энергия. Все растения и животные, включая человека, выживают благодаря энергии, которую производит вода. Вода также участвует в процессе терморегуляции, в процессе дыхания, в процессе обмена веществ. Обезвоживание организма опасно для жизни человека (и других живых существ), может привести к его гибели.
Жизнь на нашей планете зародилась в воде и развивается благодаря ей, точнее – благодаря содержащимся в водных растворах питательным элементам. Но и образование этих элементов, и перенос их к поверхности Земли, и накопление в нужных количествах происходит с участием водных ресурсов.
Вода не только способствовала зарождению жизни на Земле. Она активно воздействовала на формы поверхности нашей планеты: быстро текущие потоки промывали рытвины и целые ущелья, как в мягких, так и в твердых породах; в обширных относительно спокойных водоемах отлагались песчинки и глинистые частицы.За многие миллионы лет подобные слои осадков могли достигнуть 1000-метровой толщины. Процессы изменения земной поверхности с участием воды происходят и сейчас: морской прибой, например, разрушает побережья; бурные горные реки обрушивают крутые берега; атмосферные осадки постепенно разрушают самые стойкие скальные породы; на отмелых участках рек и озер под влиянием течений появляются песчаные косы и намывные острова.
Современная наука признает великую роль воды на Земле. Одна из оболочек нашей планеты так и называется гидросферой, или водной оболочкой. Условно эту оболочку подразделяют на Мировой океан и воды суши. Океан представляет собой гигантский резервуар влаги, заполняющий систему крупных понижений земной поверхности. Воды суши – это составная часть гидросферы, разделенная на множество отдельных бассейнов, либо связанных с океаном, либо нет. К водам суши относятся и подземные воды. Между океаносферой и водами суши имеется постоянная взаимосвязь: реки, впадающие в моря, сбрасывают в океан континентальные воды, небольшая часть которых может непосредственно вернуться на сушу через подземные трещины в прибрежной зоне. Однако основная масса речного стока возвращается на континент другим путем: после испарения с поверхности океана, влага попадает в атмосферу, где собирается в облака; ветер гонит эти облака в сторону суши, где они, проливаясь дождями, снова попадают в ручьи и реки. Таким путем совершается вечный круговорот воды в природе. В настоящее время гидросфера охвачена невиданными по скорости и масштабам преобразованиями, связанными с технической деятельностью человечества. Ежегодно используется около 5 тысяч кубических километров воды, при этом загрязняется примерно в 10 раз больше. Многие страны начали испытывать нехватку пресной воды. Но это еще не значит, что ее на Земле мало, беда в том, что мы не научились рационально ее использовать.
Вода на нашей планете встречается в трех состояниях: жидком, твердом и газообразном.Причем в природе в трех состояниях она может встретиться одновременно. Например, летом она на вершинах гор в твердом состоянии – в виде снега и льда, в водопаде она жидкая, а в воздухе, где всегда есть водяные пары – газообразная. Наиболее привычно для нас ее жидкое состояние. Но на поверхности Земли вода находится и в твердом состоянии – в виде льдов и многолетних снегов. Ледники и вечные снега занимают около десятой части общей поверхности суши. Площадь, занимаемая ледниками, может то увеличиваться, то уменьшаться. Эти изменения определяются колебаниями климата: в более холодные периоды наступают ледниковые эпохи. В противоположном случае на Земле происходит потепление. Именно в такую эпоху потепления мы и живем сейчас. Общее оледенение поверхности планеты влияет на уровень мирового океана. Таяние многолетних льдов приводит к повышению его уровня и к наступлению моря на низменные участки суши, а, следовательно, воздействует на живые организмы, в том числе и на человека.
На территории России всего 10-12 тысяч лет назад у края огромного ледникового покрова существовали огромные пресноводные бассейны. Из этих водоемов реки текли на юг, поскольку путь на север преграждал ледник. Вода через Тургайскую долину попадала в Аральское море, а оттуда по реке Узбой, пересохшее русло которой видно на аэрофотоснимках, в Хвалынский бассейн, который находился на месте нынешнего Каспия. Уровень воды в бассейне был на 50 м выше современного. Из него через Манычскую впадину вода поступала в Черное море.
На потепление климата влияет и хозяйственная деятельность человека. За короткий период времени люди значительно уменьшили водорегулирующие возможности поверхности суши. Человек бездумно вырубал леса, распахивал степь, осушал болота, строил города, дороги. Как оказалось, испарение воды с поверхности суши контролируется экосистемами. В различных экосистемах оно протекает неодинаково. Самыми лучшими водорегулирующими свойствами обладают естественные леса, затем – степные экосистемы и агроэкосистемы. На полях, где возделываются сельскохозяйственные культуры, нарушается ход течения естественных процессов. В летний период, в ходе сенокосов и уборки сельскохозяйственных культур растительные сообщества уничтожаются на огромных территориях. Водообмен здесь меняется коренным образом. После уборки урожая поля распахиваются, и происходит новое изменение водорегулирующих свойств поверхности на сотнях миллионов гектаров, так как пашня резко снижает интенсивность испарения. Такие скачкообразные изменения в экосистемах не безразличны для природы. Они расшатывают естественные процессы регуляции климата, сложившиеся в биосфере за многие миллионы лет развития.
Все живые организмы, и человек тоже, для поддержания жизни нуждается в воде. Ежедневно каждый человек потребляет и выделяет воду, как и любой организм. Но кроме удовлетворения физиологических потребностей вода необходима человеку для поддержания личной гигиены, приготовления пищи, уборки помещения Гораздо больше воды требуется для хозяйственной деятельности человека: орошения полей, промышленности, энергетики. Реки, озера и моря используются как транспортные пути. Рост населения на планете, необходимость увеличения производственных мощностей – все это ведет к исчерпанию и загрязнению водных ресурсов.
Загрязнение причиняет ущерб растениям и животным, угрожает здоровью человека, делает воду непригодной для использования и, конечно, губит красоту ландшафтов.
Загрязнение может быть естественным, механическим, тепловым, энергетическим, химическим.
Естественные загрязнения - это загрязнения, связанные с естественными причинами, например с процессами разложения растений и животных населяющих водоемы, извержения вулканов, пыльными бурямиТакие загрязнения не опасны для природы в целом.
С механическим загрязнением знаком всякий, хоть однажды побывавший на берегу. Волны выносят на берег самые разнообразные предметы. Иногда выброшенный мусор окаймляет берег многометровыми валами. (Как показали специальные исследования, результаты которых были опубликованы в британской прессе еще в середине 80-х годов прошлого века, за семидневный рейс судна с командой в 45 человек за борт в среднем попадает 70 пивных банок, 320 картонных и бумажных пакетов, 165 целлофановых пакетов, 19 245 стеклянных бутылок, 29 ламп, 2 газовых баллона и около 5200 консервных банок)
При тепловом загрязнении значительно повышается естественный уровень температуры воды. Вызывается оно сбросом нагретых сточных вод в районах крупных городов, стоками атомных электростанций. При этом естественное равновесие в загрязненном районе нарушается, гибнут холодолюбивые организмы, их место занимает флора и фауна, чуждая данной акватории.
Энергетическое загрязнение происходит при проведении некоторых видов геофизических работ, во время которых создаются искусственные электрические или магнитные поля и энергия выбрасывается в окружающую среду. Например, когда ведут электроразведку на шельфе, может произойти поражение рыб электрическим током.
Наиболее опасное – химическое загрязнение. Ежегодно в атмосферу поступает до 25 млрд. т углекислого газа, 190 млн. т угарного газа и т. д. Значительная часть этой массы выпадает с атмосферными осадками на поверхность вод планеты. Слайды Опасными загрязнителями являются соли тяжелых металлов – свинца, ртути, железа, меди. Ионы тяжелых металлов вначале поглощают водные растения. Далее по цепочкам питания они поступают к растительноядным животным, затем к хищным. Одним из наиболее опасных загрязнителей является нефть. Один грамм разлившейся нефти может затянуть пленкой 10 м 2 водной поверхности. Пленка препятствует газообмену, что влечет обеднению воды кислородом, а также экранирует солнечные лучи, лишая водные организмы солнечной энергии. Она препятствует испарению и поглощению углекислого газа. Нефть является ядом для жителей водоемов, особенно для икры и молоди. Анализ космических снимков показывает, что нефтяная пленка покрывает 10% поверхности мирового океана. Не миновала эта беда и российские акватории. Поверхностное нефтяное загрязнение прослеживается в Балтийском и Азовском морях, в восточной части Черного моря, в Татарском проливе, на севере Японского моря, в районе Курил и тихоокеанского побережья Камчатки, в южных районах арктических морей. Производные нефтепродуктов, например, моющие средства так же опасны для природы, как и сама нефть. Широкое применение синтетических моющих средств в быту и в промышленности приводит к увеличению их концентрации в сточных водах. При высокой концентрации погибают мелкие планктонные организмы, такие, как водоросли, дафнии, коловратки. А если концентрация достигнет 5 мг/л, гибнет рыба. Синтетические моющие средства практически не удаляются очистными сооружениями, поэтому они попадают в водоемы и нарушают жизнедеятельность водных экосистем.
Природная вода обладает способностью к самоочищению под влиянием естественных факторов: солнечного света, атмосферных газов, жизнедеятельности организмов – бактерий, грибов, зеленых водорослей, животных. При сильном загрязнении самоочищения не происходит из-за гибели организмов и нарушения естественных биологических процессов.
Мы люди неправильно живем на Земле. Для нас золото, нефть, деньги – это богатство и ценность, его мы охраняем, а бесценное - озера, родники, воздух, природу – нет. Защита Земли не стала у нас государственной идеей, смыслом существования, нашей главной национальной гордостью. Конечно, какие–то меры по охране воды применяются. Водное законодательство регулирует водопотребление, очистку сточных вод, существует система мер, направленных на предотвращение и устранение последствий загрязнений. Но эти меры эффективны в недостаточной степени. Чистой воды на планете становится все меньше и меньше. Это грозит экологической катастрофой. Но все еще можно изменить. Я предлагаю начать каждому человеку с себя. Изменить свое отношение к окружающему миру, изменить свое поведение в природе. Как именно? Я предлагаю так:
1. Что могу сделать я?
Я могу экономить воду; умываться не под сильной струей воды; закрывать вовремя водопроводный кран. (Подсчитано, что из оставленного открытым крана выливается за час 1000 литров воды.) Охлаждать, например бутылку с лимонадом, не под струей холодной воды, а в холодильнике, тогда воды утечет меньше.
Я могу соблюдать правило поведения на водоеме:
Не бросать в водоемы и на берегу мусор, бутылки; напоминать всем окружающим людям об этом простом правиле.
В будущем, когда я стану взрослым, я смогу придумать что-то еще, что поможет защитить воду на нашей планете.
2. Что могут сделать взрослые люди?
Так же, как и я, взрослые должны экономить воду и соблюдать правило поведения на водоеме.
Но самое главное:
Взрослые могут и должны еще лучше очищать сточные воды;
Строить современные очистные сооружения;
Создавать водоохранные зоны;
Пользоваться моющими средствами, изготовленными только из натуральных материалов;
Строить заводы с замкнутым циклом производства, чтобы отходов не было вообще;
Не допускать транспортного загрязнения водоемов, утечек, потерь при погрузочных операциях, и чрезвычайных аварий; а если авария все же произошла, использовать все возможные средства для ее быстрейшего устранения;
Развивать науку, чтобы исчезло тепловое, энергетическое и химическое загрязнение, чтобы человек нашел другие более рациональные способы использования воды, которые не будут наносить вред природе.
Каждый должен понимать, что обыкновенная чистая вода – это богатство, которое ничем не заменишь!
Я хочу закончить свою работу словами Тура Хейердала:
Мы давно освоили планету,
Широко шагает новый век.
На Земле уж белых пятен нету,
Черные сотрешь ли человек?
Может быть, этот вопрос заставит взрослых задуматься, и защита Земли станет нашей национальной идеей.
