Использование и восстановление водных ресурсов - Реферат

В общем смысле водные ресурсы представляют собой запасы всех вод на нашей планете. Люди используют воду в промышленности и в быту. В структуре отводимых вод, содержащих загрязняющие вещества выше нормативного уровня, сброс без очистки составляет в настоящее время 23%, остальные воды сбрасываются недостаточно очищенными. Осадок, образующийся при очистке таких сточных вод, не может быть использован в сельском хозяйстве, что создает проблемы с его утилизацией. Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным.

В общем смысле водные ресурсы представляют собой запасы всех вод на нашей планете. Они представлены следующими категориями: • Поверхностные воды (океаны, озера, реки, моря, болота)

• Подземные воды.

• Искусственные водоемы.

• Ледники (замерзшая вода ледников Антарктиды, Арктики и высокогорья).

• Вода, содержащаяся в растениях и животных.

• Пары атмосферы.

Последние 3 пункта относятся к потенциальным ресурсам, потому что человечество еще не научилось использовать их.

Общий объем гидросферы Земли составляет 1,4 млрд км3. Однако ресурсы пресной воды, необходимой человечеству, животным и растениям, составляют всего около 3%, из которых технически доступны для использования лишь 0,3%.

Главное назначение воды как природного ресурса - поддержание жизнедеятельности растений, животных и человека. Она - основа всего живого на нашей планете, главный поставщик кислорода в самом важном процессе на Земле - фотосинтезе. Также вода - важнейший фактор климатообразования. Поглощая тепло из атмосферы и отдавая его обратно, вода регулирует климатические процессы.

1. Использование водных ресурсов

Водные ресурсы - важнейший компонент и жизнедеятельности человека. Люди используют воду в промышленности и в быту. Больше всего водные ресурсы задействованы в сельском хозяйстве (около 66% всех запасов пресной воды). Примерно 25 % использует промышленность и всего 9% идет на удовлетворение нужд в коммунальной и бытовой сфере.

1.1 Сельскохозяйственное водоснабжение

В сельской местности водоснабжение осуществляется главным образом по локальным системам и путем индивидуального обеспечения водопользователей. Системы локального водоснабжения в очень сильной степени зависят от качества воды в источниках и, в случае необходимости, оборудуются специальными сооружениями. В районах с высокой плотностью сельского населения применяются групповые системы.

Для нужд отрасли из природных водных источников забирается около 28% суммарного объема изъятия воды.

Среди сельскохозяйственных отраслей основным потребителем свежей воды и крупным загрязнителем поверхностных водоемов, сбрасывающим через коллекторно-дренажную сеть неочищенные сточные воды, является орошаемое земледелие. Серьезную опасность для поверхностных водоемов представляет вынос с сельскохозяйственных полей удобрений и ядохимикатов.

Другим крупным водопотребителем и мощным источником загрязнения поверхностных и подземных вод являются животноводческие комплексы по выращиванию крупного рогатого скота, свиней, птицы. Очистка животноводческих сточных вод связана с большими трудностями, поскольку перед сбросом в водные объекты их необходимо длительное время выдерживать в прудах-накопителях.

1.2 Промышленное водоснабжение

Промышленное водоснабжение, обеспечивающее функционирование технологических процессов, является ведущим направлением водопользования. Системы промышленного водоснабжения включают в себя гидротехнические сооружения по забору технической воды и доставке се предприятиям, а также системы водоподготовки.

Объемы водопотребления зависят от структуры промышленных предприятий, уровня технологии, выполняемых мероприятий по экономии воды. Наиболее водоемкими отраслями являются теплоэнергетика, черная и цветная металлургия, машиностроение, нефтехимическая и деревообрабатывающая промышленность. На долю самой водоемкой отрасли - электроэнергетики - приходится около 68% суммарного потребления свежей и 51% - оборотной воды.

Так как большинство промышленных объектов сосредоточено в крупных городах, в России преимущественное развитие получили объединенные промышленно-коммунальные системы водоснабжения, что, в свою очередь, приводит к неоправданно высоким расходам на промышленные нужды воды питьевого качества (до 30-40% суточной подачи городских водопроводов).

Предприятия промышленности являются основным источником загрязнения поверхностных вод, ежегодно сбрасывая большое количество отработанных сточных вод. Особенно разнообразны по своим свойствам и химическому составу сточные воды химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной и угольной промышленности. Несмотря на достаточную мощность очистных сооружений, только 83-85% отводимых сточных вод соответствуют нормативным требованиям. В структуре отводимых вод, содержащих загрязняющие вещества выше нормативного уровня, сброс без очистки составляет в настоящее время 23%, остальные воды сбрасываются недостаточно очищенными.

1.3 Коммунальное водоснабжение

Коммунальное хозяйство России удовлетворяет потребность городского населения в воде, коммунальных, транспортных и прочих непромышленных предприятий, а также расходы воды на благоустройство населенных пунктов, полив улиц и тушение пожаров.

Отличительная особенность коммунального хозяйства - постоянство водопотребления и жесткие требования, предъявляемые к качеству воды.

Основной объем (84-86%) потребляемой воды используется для хозяйственно-питьевых нужд населения. Например, по России среднее удельное водопотребление на одного городского жителя составляет 367-369 л/сут.

Изза неблагополучного состояния источников питьевого водоснабжения и несовершенства системы водоподготовки не теряет своей остроты проблема качества воды. Стандартные сооружения очистки, включающие двухступенчатую схему осветления, обесцвечивания и обеззараживания не справляются с возрастающими нагрузками новых загрязнителей (тяжелых металлов; пестицидов, галогенсодержащих соединений, фенолов, формальдегидов). Хлорирование воды, содержащей органические вещества, накапливающиеся в водных источниках, приводит к ее вторичному загрязнению и образованию канцерогенных хлорорганических соединений.

Около 70% промышленных предприятий сбрасывают в коммунальную канализацию сточные воды, в которых, в частности, содержатся соли тяжелых металлов и ядовитые вещества. Осадок, образующийся при очистке таких сточных вод, не может быть использован в сельском хозяйстве, что создает проблемы с его утилизацией.

1.4 Водный транспорт

Водный транспорт является едва ли не самым древним водопользователем. По внутренним водным путям России (рекам, озерам, водохранилищам, каналам), имеющим общую протяженность свыше 400 тыс. км, перевозится до 50 млн. т грузов.

При использовании рек и других водных объектов для судоходства необходимо поддерживать на них гарантированные глубины, режим стока и прочие условия, обеспечивающие бесперебойную работу водного транспорта в навигационный период.

В ряде случаев интересы водного транспорта вступают в противоречия с интересами других водопользователей и водопотребителей, таких как водоснабжение, орошение, гидроэнергетика. Например, гидростроительство, с одной стороны, позволяет увеличить глубину и ширину водного пути, ликвидировать пороги, а с другой - вносит серьезные осложнения в работу водного транспорта за счет сокращения продолжительности навигационного периода, резких суточных и недельных колебаний расходов и уровней воды в нижних бьефах гидростанций.

Водный транспорт, не предъявляя высоких требований к качеству воды, является одним из значительных источников загрязнения водных объектов нефтепродуктами и взвешенными веществами.

Весьма неблагоприятное воздействие на экологическое состояние водоемов оказывает лесосплав, изменяя естественное состояние русел, засоряя водные объекты затопленной древесиной, разрушая нерестовые участки.

1.5 Рекреационные ресурсы

Водные объекты - излюбленное место для отдыха, спорта, оздоровления людей. Практически все рекреационные учреждения и сооружения размещены либо на берегах водоемов, либо вблизи них. В последние годы масштабы рекреационной деятельности на водных объектах постоянно растут, чему способствует увеличение численности городского населения и совершенствование транспортных коммуникаций.

В Российской Федерации на берегах водоемов расположено около 60% всех санаториев, свыше 80% учреждений отдыха. 60% туристических баз и 90% рекреационных объектов для самого массового в стране пригородного отдыха.

2. Восстановление водных ресурсов

В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно-бытовые сбросы были невелики, реки сами справлялись с ними. В наш индустриальный век в связи с резким увеличением отходов водоемы уже не справляются со столь значительным загрязнением. Возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать их. Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения - сложное производство. В нем, как и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода).

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.

2.1 Механические методы очистки

К механическим способам очистки сточных вод можно отнести фильтрование, осаждение и флотацию стоков.

Пожалуй, самым широко используемым в настоящее время методом очистки сточных вод от крупнодисперсных агентов является процесс фильтрации стоков через пористые материалы или сетки с нужным пространственным рейтингом фильтрации. Очистка сточных вод с использованием указанных процессов важна, если необходимо использование оборотной воды.

Другим методом очистки загрязненных вод является метод осаждения. Он может использоваться, например, для очистки сточных вод от взвешенных веществ. Фильтрация сточных вод при помощи данного метода можно организовать двумя различными способами: либо под действием силы тяжести - при отстаивании сточных вод, или же под действием центробежной силы. Установки, очищающие сточные воды такими способами, как правило, могут удалять нерастворимые взвеси размером более нескольких долей миллиметра. При фильтрации сточных вод нередко используют многоступенчатые отстойники. При этом частично очищенная на первой ступени сточная вода под напором подается в следующие отстойники.

Третьим методом очистки загрязненных вод является метод флотации. Суть данной методики состоит в переносе загрязняющих агентов на поверхность обрабатываемых сточных вод при помощи воздушных пузырьков. Как результат флотации, образуются пенные образования, содержащие загрязнители воды, которые, затем, удаляются особыми скребками. Пузырьки воздуха для флотации могут быть получены механическими способами - при помощи турбин или форсунок, при помощи электрофлотации воды и другими способами.

2.2 Химические методы очистки

Химическая очистка сточных вод позволяет выделить из отработанных стоков растворенные в них вещества, способные пагубно влиять на окружающую среду. Под действием добавленных в сточные воды реагентов эти загрязнения выпадают в осадок, после чего механизированно удаляются из специальных установок. Выделяют два основных метода химической водоочистки.

· Нейтрализация представляет собой обработку стоков кислотами или щелочами, в результате достигается требуемая величина водородного показателя РН. Этот способ активно используется во многих производственных сферах: в текстильной, химической промышленности, в машиностроении, в фармацевтической промышленности и др. В качестве реагентов, добавляемых в стоки, выступают растворы кислот и щелочей. Иногда воду пропускают через специальные загрузки нейтрализующего действия (магнезит, доломит, мел).

· Окисление заключается в добавлении в стоки разного рода окислителей. Это может быть сжиженный или газообразный хлор, диоксид хлора, хлорная известь, гипохлорат натрия или кальция, кислород и т.д. Такой метод особенно эффективен для отработанных стоков, в составе которых имеется цианид меди, цинка и другие похожие соединения. Эти стоки являются продуктом машиностроения и приборостроения, свинцово-цинковых производств, горнодобывающей и целлюлозобумажной промышленности. При этом протекают химические реакции, и токсичные вещества становятся безвредными. Единственный минус очистки сточных вод окислением - большой расход довольно дорогостоящих реагентов.

2.3 Физико-химические методы очистки

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонко дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества. Чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, в результате которой происходит реакция загрязняющих стоки веществ с минеральными соединениями и флокуляция - происходит реакция загрязняющих стоки веществ с высокомолекулярными агентами.

Широкое применение находит также электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях - электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других областях промышленности. Однако иногда этих методов бывает недостаточно, и для глубокой очистки загрязненных промышленных сточных вод используется так называемые мембранные методы очистки стоков. Одним из таких методов очистки является обратный осмос, в процессе которого сточные воды по давлением подаются на специальную полупроницаемую полимерную мембрану. При этом мембрана пропускает чистую воду, а загрязняющие агенты стоков эффективно задерживаются. Мембранными методами возможно выделять из сточных вод и утилизировать низкомолекулярные вещества, например соли, кислоты и т.д. При мембранных методах очистки сточных вод рекомендуется проведения предварительной очистки стоков. Также загрязненные сточные воды очищают с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления. вода сельский коммунальный рекреационный

2.4 Биологическая очистка

Среди методов очистки сточных вод большую роль играет и биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Есть два типа биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры и аэротенки.

В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она служит действующим началом в биофильтрах.

Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, неслипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила.

Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее для удаления болезнетворных бактерий и химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.) Биологический метод дает большие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Он применяется также и при очистке отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производстве искусственного волокна.

1. Водные ресурсы России и их использование / Под ред. проф. И. А. Шикломанова . - СПБ.: ГГИ, 2008.

2. Данилов-Данильян В. И., Хранович И. Л. Управление водными ресурсами. Согласование стратегий водопользования. М., Научный мир, 2010.

3. Роев Г.А. Очистные сооружения. Охрана окружающей среды - М.: Недра, 1993.

4. Шимова О.С. Основы экологии и экономика природопользования: Учебник, - Мн.: БГЭУ, 2001.

Размещено на .ru