Антропогенное изменение поверхностного стока
В результате антропогенной деятельности изменен поверхностный сток. Известны два пути преобразования стока: 1. прямое гидротехническое воздействие на водные объекты, включая регулирование водного режима рек, перераспределение стока, водозабор; 2. воздействие на физико-географические факторы стока (глубокая, зяблевая вспашка, лесные полосы).
Первый путь связан со строительством водохранилищ. Водохранилища оказывают как положительное, так и отрицательное воздействие на окружающую среду. Положительное влияние водохранилищ следующее: регулирование стока воды, использование воды для производства электроэнергии, для орошения, для рыбоводства и массового отдыха; улучшение условий судоходства, защита прилегающих территорий от наводнений. Отрицательное воздействие водохранилищ на окружающую среду следующее:
1. Затопление земель водами водохранилищ (высокопродуктивных лугов, лесов и т.д.).
2. Снижение скорости течения воды, обусловливающее замедление процессов водообмена и самоочищения. И это происходит при постоянно увеличивающейся степени загрязнения.
3. Развитие сине-зеленых водорослей, что приводит к уменьшению кислорода в воде и делает ее непригодной для жизни.
4. Сокращение количества ценных промысловых рыб вследствие строительства плотин и невозможности их продвижения к местам нереста.
5. Изменение микроклимата территории.
6. Подтопление берегов, заболачивание, оползни.
7. Сокращение численности и многообразия видов растений и животных в районах затопления.
8. Повышение сейсмичности территории вследствие меняющегося уровня и давления воды на литосферу.
Существенное воздействие на водный режим и водные ресурсы территории оказывает орошение. Под влиянием этого фактора изменяется величина среднего годового стока, его внутригодовое распределение и экстремальные значения. Влияние орошения на речной сток различно для малых рек, питающихся в основном поверхностным стоком, и для крупных речных систем. Забор воды на орошение в аридной зоне приводит к резкому снижению или полному прекращению стока малых рек. Значительная часть воды затрачивается на испарение. На крупных реках использование воды на орошение или не влияет на сток или уменьшает его. В бассейнах рек Дон, Днепр, Волга и других с интенсивным орошением наметилась тенденция к уменьшению стока в последнее время.
На водный режим рек влияет осушительная мелиорация. Это влияние проявляется по-разному в зависимости от климатических, почвенных, гидрографических условий водосбора, степени заболоченности, характера мелиорации и других факторов.
Тенденции изменения речного стока мелиорируемых водосборов в зонах избыточного и достаточного увлажнения следующие:
1. В первые годы после осушения увеличивается годовой и сезонный сток вследствие уменьшения суммарного испарения.
2. При интенсивном освоении мелиорируемых земель годовой сток приближается к своей первоначальной величине (испарение за счет транспирации увеличивается). Часто наблюдается уменьшение среднего годового стока.
3. Модули максимального стока могут как увеличиваться, так и уменьшаться.
Водоохранные мероприятия
Выделяют следующие виды водоохранных мероприятий:
1. Мероприятия, направленные на совершенствование самой технологии использования воды. Это сокращение потребления воды на единицу произведенной продукции, применение оборотного и повторно-последовательного водоснабжения, борьба с потерями воды на производстве и т.д. Оборотное водоснабжение – это относительно быстрое повторное поступление использованной воды в технологические циклы после ее очистки. При повторно-последовательном водоснабжении вся отработанная вода направляется для вторичного использования в другом производстве без промежуточной очистки. В США одна и та же вода в среднем используется девять раз перед сбросом. В Японии процент оборотного водоснабжения вырос до 74%.
2. Мероприятия по очистке сточных вод.
3. Мероприятия, осуществляемые непосредственно на водоемах. К ним относится очистка водной поверхности от нефтяной пленки и плавающих предметов, удаление загрязненного грунта, периодическая уборка макрофитов. В Великобритании разработан метод очистки воды от нефти с помощью специального вещества, которое почти не оказывает влияния на морскую фауну. Нефть, обработанная таким веществом, быстро коагулируется в комки, которые оседают на дно, смешиваются с илом и разлагаются бактериями.
4. Мероприятия, проводимые на водосборе. Это создание водоохранных зон и лесозащитных полос, проведение противоэрозионных мероприятий, строительство прудов, организация безопасной технологии складирования, использования минеральных удобрений, ядохимикатов и др.
В водоохранную зону включается пойма реки, склоны надпойменной террасы, прибрежная овражно-балочная сеть. Минимальная ее ширина устанавливается в зависимости от длины реки. При расстоянии от истока реки до 10 км, ширина – 15м, 10-50 км – 100 м, 50-100 км – 200 м, > 100 км – 300 м. Ширина водоохранной зоны для озер и водохранилищ с площадью акватории до 2 км принимается в 300 м, с большей площадью – 500 м. Внутри водоохранной зоны выделяют прибрежную водоохранную полосу – это территория строгого ограничения хозяйственной деятельности. Она используется под сенокосы и для лесных полос. В водоохранной зоне запрещается содержание гаражей, складов, прудов-накопителей, размещение животноводческих комплексов и ферм, строительство новых предприятий, стоянок автомашин. Не разрешается размещать склады удобрений, ядохимикатов, свалки.
Очистка сточных вод осуществляется механическими, химическими, физико-химическими, биологическими методами. Наиболее дешевая – механическая очистка сточных вод применяется для выделения взвесей. Основными формами очистки являются процеживание, отстаивание, фильтрование. Методы механической очистки применяются во всех отраслях народного хозяйства в качестве предварительного этапа. Этот способ очистки является основным в металлургии, горнорудной и горно-химической промышленности Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 2/3 нерастворимых примесей, а из промышленных - более 9/10.
Химическая очистка сточных вод применяется для выделения неорганических примесей. При обработке сточных вод реагентами происходит их нейтрализация, выделение растворенных соединений, обесцвечивание и обеззараживание стоков. Химические методы позволяют очищать сточные воды со значительными колебаниями в них концентраций загрязняющих веществ. Определенным недостатком метода является накопление в процессе очистки значительного количества осадков.
Физико-химическая очистка применяется для очистки сточных вод от грубо- и мелкодисперсионных частиц, коллоидных примесей, растворенных соединений. Это высокопроизводительный способ очистки, но отличается высокой стоимостью. К физико-химическим методам относится флотация, экстракция, адсорбция, ионный обмен и др.
Флотация ускоряет осветление промышленных сточных вод и удаляет из них взвешенные вещества, нефть, нефтепродукты, жиры, поверхностно-активные вещества. Сущность этого процесса состоит в насыщении стоков воздухом, к пузырькам которого прилипают частицы твердых веществ, всплывающие на поверхность.
Адсорбцию применяют при невысоком содержании органических веществ в сточных водах. В качестве адсорбента используется активированный уголь и органические, синтетические сорбенты. При ионообменном способе очистки легкие ионы водорода или ионы щелочных металлов замещаются на ионы цветных и тяжелых металлов. При этом удаляемое вещество концентрируется, а не разрушается. Для этого способа применяют синтетические ионообменные смолы.
Окисление – один из перспективных методов очистки сточных вод. Используется озон, хлор, диоксид хлора, перманганат калия и другие окислители, позволяющие окислять остаточные растворенные в воде, устойчивые к биологическому разрушению органические вещества. При эвапорации сточные воды нагревают до кипения. Насыщенный водяной пар извлекает из воды примеси. Затем пар пропускают через нагретый поглотитель, в котором примеси задерживаются.
Биологический метод очистки сточных вод применяется для удаления растворенных органических соединений. Метод основан на способности микроорганизмов разлагать растворенные органические соединения. Биологическая очистка осуществляется как в очистных сооружениях, так и в естественных условиях. К недостаткам метода относится способность активного ила увеличиваться в размерах при перегрузке очистных сооружений и выносить в водоемы после очистки соединения азота и фосфора. Имеется несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды и аэротенки.
В биофильтрах сточные воды пропускают через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биохимического окисления.
В биологических прудах в очистке сточных вод участвуют все организмы, населяющие водоем. Заросли камыша наряду с бактериями и водорослями выполняют роль живых фильтров, поглощающих многие загрязняющие вещества, уничтожают своими выделениями болезнетворные бактерии. Густые заросли тростника на площади 1 га поглощают из воды и почвы и аккумулируют в своих тканях до 5-6 т различных солей. За сутки с 1га водной поверхности гиацинтом извлекается 44 кг N, 44 кг К, 34 кг Nа, 22 кг Са, 4 кг Mn.
Аэротенки – огромные резервуары из железобетона, заполненные активным илом из бактерии и микроскопических животных. Эти живые организмы быстро развиваются. Из-за значительного количества органических веществ в сточных водах и избытка подаваемого кислорода, бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты. Ферменты минерализуют органические соединения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, амебы и другие животные используют в пищу бактерии, не слипающиеся в хлопья.
Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее химической или физико-химической. Биологический метод дает хороший результат при очистке коммунально-бытовых стоков. Его применяют для очистки сточных вод нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, химической промышленности.
Применяемые методы очистки позволяют снизить уровень загрязнения воды лишь на 80%, в более совершенных сооружениях – до 95%. Даже в высокоразвитых странах мира очищают не все сточные воды. В Германии очищают 64% бытовых стоков, в Швеции – 10% стоков остаются неочищенными, 15% подвергают механической очистке. Стоимость очистных сооружений часто достигает 10-20% стоимости строительства предприятий. В отдельных отраслях промышленности, например, в целлюлозно-бумажной и нефтехимической, затраты на очистку достигают 25% всех производственных затрат. С повышением степени очистки до 98-99% стоимость очистных сооружений увеличивается в несколько раз.
Только очистными сооружениями полностью предотвратить загрязнение водоемов не удается. В комплексной охране водных ресурсов важное значение придается экономии чистой воды. В этих целях сокращают нормы потребления ее на технологические процессы, ведут борьбу с утечкой, водяное охлаждение заменяют воздушным и т.д. Большое внимание уделяется сохранению растительности, имеющей водоохранное значение. В промышленности значительное количество воды экономится при внедрении прогрессивных технологических процессов. На старых нефтехимических заводах для переработки 1 т нефти расходуется 18-22 м3 воды, на современных заводах с оборотным водоснабжением и системами воздушного охлаждения – 0,12 м3/год.
Важной задачей рационального использования водных ресурсов является сокращение потребления водопроводной воды на технические нужды. В Москве, например, на долю промышленности приходится около четверти подаваемой водопроводной воды. Необходимо расширить сеть технических водопроводов.
Для сбережения воды на неорошаемых землях важное значение имеет высокая агротехника. Зяблевая обработка почвы и агролесомелиоративные меры способствуют накоплению влаги. Расширяются площади оросительных систем, использующих сточные воды для орошения и удобрения сельскохозяйственных угодий, а также доочистки в естественных условиях. Целесообразно использовать в качестве удобрений осадок сточных вод. При внесении осадков сточных вод в выщелоченный чернозем в дозе 40-60 т/га урожайность яровой пшеницы увеличивается на 27-48,6%.
Значительно сокращаются потери воды при орошении при применении прогрессивных способов полива: капельного орошения, предпочвенного и мелкодисперсного полива. Совершенствование оросительных систем, бетонирование дна, применение закрытых дренажей способствуют повышению КПД этих систем.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ОХРАНА РЕСУРСОВ БИОСФЕРЫ