Водной среды

К водным объектам, расположенным в городской черте, относятся поверхностные водные объекты: водостоки, водоемы, моря и подземные воды. Территория, сток с которой формируется водный объект, называется водосборной площадью. Водотоки подразделяются на реки, каналы, ручьи; водоемы - на озера, водохранилища, пруды.

Реки - это водные потоки, текущие постоянно или большую часть времени года по поверхности суши, питающиеся стоком атмосферных осадков со своего водосбора в разработанных ими долинах. Ручей - небольшой постоянный или временный водный поток, образованный стеканием снеговых или дождевых вод, или выходами на поверхность подземных вод. Городские каналы - искусственные водотоки, прокладываемые для судоходства, переброски стока рек или для предотвращения наводнений. Русло канала делается из ж/б, реже - из каменной кладки, в отдельных местах канал забирается в трубу. Моря подразделяются на: окраинные, внутренние и территориальные. Учитывая область реки, впадающей в море безрукавным руслом, называется эстуарием или лиманом.

Подземные воды подразделяются на: водоносные горизонты и комплексы, образуя в пространстве бассейны и месторождения. Подземные воды, изливающиеся на поверхность, называются родниками.

На современном этапе определяются два направления рационального использования водных ресурсов:

1. Использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод;

2. Разработка новых технологических процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды.

Качество природных вод зависит от совокупности физико-географических условий (климат, рельеф местности, почвенный покров, характер прибрежной растительности, площадь стока, особенность его строения и т.д.), биологических процессов, протекающих в водоёме и деятельности человека (регулирование речного стока, сброс сточных вод, судоходство). При этом под качеством воды понимают совокупность её свойств, обусловленных характером содержащихся в воде примесей.

Состав природных вод оценивают физическими, химическими и санитарно-гигиеническими показателями. Физические показатели — температура, содержание взвешенных веществ, цвет, запах и привкусы. Химический состав вод характеризуется ионным составом, жесткостью, щелочностью, окисляемостью, pH, сухим остатком, общим солесодержанием, растворенностью O₂, H₂S, Cl₂, CO₂.

Санитарно-бактериологическими показателями качества вида являются коли-индекс, коли-титр и микробное число. Эти показатели являются самыми важными индикаторами. Минимальное кол-во воды (мл), в котором обнаруживается одна кишечная палочка называется коли-тиром, а их кол-во в одном литре - коли-индексом. Микробное число - бактериальных клеток в одном литре. Загрязняющие вещества, попадая в природные водоёмы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, привкусов и т.д., в изменении химического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоёмов.

Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, её технологических процессов; в т.ч. и токсические, и содержащие яды.

Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек и озер болезнетворными бактериями и гельминтами. В еще большой степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества.

Загрязнение водного бассейна в городах следует рассматривать в двух аспектах: загрязнение воды в зоне водопотребления и загрязнение водного бассейна в черте города за счет его стоков.

Загрязнение воды в зоне водопотребления является серьезным фактором, ухудшающим экологическое состояние городов. Оно производится как за счет сброса части неочищенных стоков городов и предприятий, расположенных выше зоны водозабора данного города и загрязнения воды речным транспортом, так и за счет попадания в водоемы части удобрений и ядохимикатов, вносимых на поля. Причем, если с первыми видами загрязнения можно путем строительства очистных сооружений бороться эффективно, то предотвратить загрязнение водного бассейна, производимое сельскохозяйственными мероприятиями, очень сложно. В зонах повышенного увлажнения около 20% удобрений и ядохимикатов, вносимых в почву, попадают в водотоки. Это в свою очередь, может приводить к эвтрофикации водоемов, которая еще больше ухудшает качество воды.

Важно заметить, что водоочистные сооружения водопроводов не в состоянии очистить питьевую воду от растворов указанных веществ, поэтому питьевая вода может содержать их в себе в повышенных концентрациях и отрицательно повлиять на здоровье человека. Рост химизации сельского хозяйства неизбежно будет приводить к увеличению количества удобрений и ядохимикатов, вносимых в почву, и соответственно с этим их концентрация в воде будет увеличиваться.

Борьба с таким видом загрязнений требует использования удобрений и ядохимикатов в зонах водосбора исключительно в гранулированной форме, разработки и внедрения быстроразлагающихся ядохимикатов, а также биологических методов защиты растений.

Города также являются мощными источниками загрязнения водного бассейна. В крупных городах в расчете на одного жителя (с учетом загрязненных поверхностных стоков) ежесуточно сбрасывается в водоемы около 1 метра³ загрязненных стоков. Поэтому города нуждаются в мощных очистных сооружениях, эксплуатация которых вызывает немалые трудности. Так, при работе станции биологической очистки сточных вод городов образуется около 1,5-2 т. отработанного ила в год в расчете на одного жителя. Использование этого ила в качестве удобрения для столовых сельскохозяйственных культур недопустимо, так как он содержит в себе большое количество токсических веществ, не подлежащих разложению. В настоящее время такой ил складируется на суше, занимая значительные территории, и вызывает загрязнение почвенных вод. Причем из ила прежде всего вымываются наиболее токсические элементы, содержащие соединения тяжелых металлов. Наиболее перспективным решением этой проблемы является внедрение в практику технологических систем, предусматривающих получение из ила газа с последующим сжиганием остатков иловой массы.

В России действуют нормы качества воды водоемов и водотоков для условий хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового и рыбохозяйственного водопользования.

К хозяйственно-питьевому относятся использование водных объектов и их участков в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для предприятий пищевой промышленности.

Коммунально-бытовое водопользование – это использование водных объектов для купания, занятия спортом и отдыха населения. Такие же нормативы качества вод устанавливаются для всех участков водных объектов, находящихся в черте населенных мест, независимо от вида их использования, а также для полива территорий.

Рыбохозяйственное водопользование – использование водных объектов для обитания, размножения и миграции рыб и др. водных организмов.

Охрана и регулирование качества вод

Под охраной вод понимают систему мер, на предотвращение, ограничение и устранение последствий загрязнения, засорения и истощения.

Загрязнение означает присутствие компонентов, вызывающих нарушение норм качества вод, засорение - накопление в воде посторонних предметов, истощение - уменьшение минимального допустимого стока поверхностных вод или сокращение запасов подземных вод.

Под регулированием качества понимают воздействие на факторы, влияющие на состояние водного объекта с целью соблюдения норм качества воды. Улучшение качества поверхностных вод способствуют определенные предупредительные, организационные и технические мероприятия. Один из них - поддержание и восстановление самоочищающей способности водоемов, в том числе за жизнедеятельность высших водных растений, насыщающих воду кислородом, под действием которого снижается содержание Mg⁺² и Ca⁺².

С целью предотвращения загрязнения, засорения и истощения водных объектов, а также сохранения среды объектов животного и растительного мира на территории, прилегающей к акваториям рек, озер, водохранилищ, прудов, размещенных в городской черте и сопредельных территориях, нормативными актами устанавливается водоохранная зона со специальным режимом хозяйственной деятельности. В пределах водоохранных зон устанавливаются прибрежные защитные полосы, на территории которых вводятся дополнительные ограничения природопользования. Эти зоны включают: пойму рек, надпойменные территории, бровки и крутые склоны коренных берегов, участки эродированных земель, балки протяженностью более 10 км или любой протяжённости, но при крутизне склонов более 8 градусов.

Водоохранная зона устанавливается от среднего летнего уреза воды: для рек длиной более 50 км минимум шириной 300 м, менее 50 км - 200 м, мене 25 км - 100 м. Максимальная ширина водоохранной зоны может быть 1,5 — 2 км за счёт широкой поймы, эрозированных склонов коренного берега и тому подобное. Для озёр и водохранилищ водоохранная зона зависит от площади акватории и изменяется от 300 до 500 м; для прудов при небольших площадях акватории изменяется от 50 до 100 м. При сложившейся городской застройке ширина водоохранной зоны водных объектов не нормируется, а устанавливается с учётом экологической ситуации и архитектурно-планировочной организации территории: размещения поверхностей с твёрдым покрытием, условий отведений и очистки поверхностного стока, рекреационного значения.

В пределах водоохранных зон запрещается строительство новых и расширение существующих предприятий, размещение складов для хранения ядохимикатов, удобрений (а также их применение для борьбы с вредителями болезнями с/х), устройство взлётно-посадочных полос, для авиационно-химических работ, размещение животноводческих ферм, стоянка, заправка, мойка и ремонт автотракторного парка.

По границе прибрежной полосы устанавливаются водоохранные знаки. При наличии в городской черте ливневой канализации и набережной границу прибрежной защитной полосы допускается совмещать с парапетом, внешней кромкой газона или тротуара. Так например, для г. Москвы прибрежная защитная полоса на участках рек, не имеющих обустроенных набережных, установлены в размере для: реки Москвы — 100 м, реки Яузы — 50 м, остальных -35м; для обустроенных участков водоёмов и водотоков 25 м. В пределах прибрежных полос дополнительно запрещается распашка земель, выпас скота, применение ядохимикатов и удобрений, производство строительных работ, устройство баз отдыха и палаточных городков.

В водоохранной зоне малой реки создают систему защитных лесных насаждений, которая включает: прирусловые лесные полосы; пойменные лесные насаждения; насаждения на террасах и коренных берегах речных долин (включая прибровочные лесополосы); насаждения в оврагах и балках, включённых в водоохранную зону.

Прирусловые лесные полосы обычно создают из двух поясов:

- берегоукрепительного (три и более рядов ив)

- ветроломного (от 6 до 20 рядов ветлы, тополей и др.)

Для подземных вод основными отрицательными последствиями антропогенного воздействия являются: загрязнение и истощение. Под охраной подземных вод понимается комплекс мероприятий, направленных на сохранение качественного и количественного состояния подземных вод.

Водоохранные мероприятия по защите подземных вод от загрязнения подразделяются на: профилактические и специальные. Проведение специальных мероприятий требует больших затрат, зачастую представляет собой сложную и громоздкую техническую систему, включающую обязательную очистку откачиваемых загрязнённых вод. Поэтому в охране подземных вод наиболее важными являются предупредительные мероприятия, не допускающие их загрязнения.

Причинами истощения подземных вод могут быть вырубка лесов, распашка земель, спрямление и отвод рек, отбор подземных вод водозаборами, дренажами и т.п.

Методы очистки сточных вод

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.

Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителями различных конструкций, а поверхностные загрязнения нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками и др. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых как ценные примеси, используются в производстве.

Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохоокисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция,
окисление, сорбция, экстракция и т.д. 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.

Загрязненные сточные воды очищают также с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования.

Среди методов очистки сточных вод большую роль должен сыграть биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды 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.

В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем.

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 счищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, не слипающиеся 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.

Выбор технологической схемы очистки сточных вод

Выбор оптимальных технологических схем очистки воды - достаточно сложная задача, что обусловлено преимущественным многообразием находящихся в воде примесей и высоким требованиями, предъявленными к качеству очистки воды. При выборе способа очистки примесей учитывают не только их состав в сточных водах, но и требования, которым должны удовлетворять очищенные воды: при сбросе в водоем - ПДС ( предельно допустимые сбросы) и ПДК (предельно допустимые концентрации веществ), а при использовании очищенных сточных вод в производстве - те требования, которые необходимы для осуществления конкретных технологических процессов.

Для приготовления из сточных вод технической воды или обеспечения условий сброса очищенных сточных вод водоемов большое значение имеет технико-экономическая оценка способов подготовки воды. Экономическое преимущество имеют, как правило, замкнутые системы водоиспользования. Однако процесс замены современных производств безотходными, в том числе и с полностью замкнутой системой водоиспользования, достаточно длительный. Поэтому часть очищенных сточных вод сбрасывают в водоемы. В этих случаях необходимо соблюдать установленные нормативы для относительной концентрации вредных веществ в очищенных сточных водах.

Применяемые схемы очистки должны обеспечивать максимальное использование очищенных вод в основных технологических процессах и минимальный их сброс в открытые водоемы. При широком внедрении оборотных систем имеются дополнительные резервы по сокращению расхода свежей воды и уменьшению сброса сточных вод в водоемы (совершенствование технологических процессов, повышение эффективности очистки сточных вод). Сточные воды являются чистыми, если их отведение в водные объекты не приводит к нарушению норм качества воды в контролируемом створе или пункте водоиспользования.

Степень очистки сточных вод при сбросе их в водоемы определяется нормативами качества воды водоема в расчетном створе и в большой степени зависит от фоновых загрязнений. Для снижения концентраций вредных примесей, присутствующих в сточных водах, до требуемых величин необходима достаточно глубокая очистка. Поэтому важное значение имеет надежный контроль степени очистки сточных вод, так как с ужесточением требований к качеству очищенных вод значение ПДК большинства вредных веществ снижается и, следовательно, возрастают трудности их определения. Кроме того, контроль усложняется при определении концентраций вредных веществ в сильно разбавленных сточных водах.