Антропогенное воздействие на гидросферу. Самоочищение водной среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина

Факультет агрохимии, почвоведения, экологии, природообустройства и водопользования

Кафедра экологии, природопользования и биологии

Направление подготовки 05.03.06 - Экология и природопользование

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: Геоэкология

Тема:

Антропогенное воздействие на гидросферу. Самоочищение водной среды

Выполнила: Старцева Е.Е.

студентка 204 группы,

Проверила: Долгова Д.А.

старший преподаватель

Омск - 2015



Реферат

Курсовая работа на тему «Антропогенное воздействие на гидросферу. Самоочищение водной среды» выполнена на 32 страницах, содержит 1 рисунок, 8 таблиц, 5 глав. При написании курсовой работы использовано 27 литературных источников.

Ключевые слова: гидросфера, Мировой океан, водная среда, геоэкологический мониторинг, процесс самоочищения, антропогенное вмешательство.

Объекты исследования: Мировой океан, реки, озёра, подземные воды, водохранилища.

Цель работы: изучение антропогенного влияния на гидросферу Земли.



Оглавление

Введение

1. Основные сведения о гидросфере, её роль в природе и жизни человека

2. Источники загрязнение воды

3. Последствия антропогенной деятельности на гидросферу

3.1 Глобальные и региональные экологические последствия в Мировом океане

3.2 Особенности загрязнения и изменение качества вод гидросферы суши

3.3 Процессы асидификации и эвтрофикации

4. Дефицит воды и управление водными ресурсами

4.1 Мониторинг водных объектов

4.2 Меры по очистке и охране вод

5. Самоочищение водной среды и методы активизации самоочищения водоёмов

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Вода - один из источников жизни на Земле. Без данного вещества ни один организм не может существовать. Человек примерно состоит на 60-70% из воды. Она участвует во многих значительных процессах на планете. Таким образом, одна из самых главных проблем экологии - это вода и её чистота. В связи с вышеизложенным мною была выбрана тема курсовой работы.

Цель курсовой работы является изучение антропогенного влияние на гидросферу Земли.

Задачи:

1. Изучить последствия антропогенной деятельности на гидросферу

2. Изучить мероприятия по очистке и охране вод

3. Изучить основные методы активизации процесса самоочищения водоёма

Человек очень негативно влияет на состояние гидросферы, от этого страдает не только он, но и все живущие на Земле животные. Также остро встаёт проблема дефицита пресной воды, а самое главное чистой. Ведь запасы питьевой воды очень малы, и большая их часть сосредоточена в ледниках, а значит, недоступна для человека. К тому же интенсивное загрязнение природной воды ничуть не улучшает ситуацию. Также из-за антропогенного воздействия сильно сокращаются популяции гидробионтов, и происходит обмеление водоёмов. Поэтому данный вопрос очень актуален и требует тщательного изучения.



1. Основные сведения о гидросфере, её роль в природе и жизни человека

Гидросфера - это водная оболочка Земли, включающая в себя океаны, моря, реки, озёра, болота, подземные воды и ледники [12]. Большая часть природных вод составляет Мировой океан - 94,2%. Именно здесь протекают процессы обмена, трансформации энергии и вещества на Земле [8].

На эволюцию океана влияли различные природные процессы: солнечная радиация, геологические и химические факторы и биологические процессы. Биологические процессы протекали в результате жизнедеятельности организмов

С течением времени накапливались осадкообразования. Они играли большую роль в формировании органно-генных илов [8].

Вода является очень ценной и незаменимой. Её очень трудно получить без каких-либо примесей. Благодаря этому веществу на Земле обеспеченна жизнь. Для большой части организмов вода является средой обитания. Она имеет особенное свойство - замерзать у поверхности, что защищает животных, обитающих в ней, от неблагоприятных условий окружающей среды [8]. Гидросфера находится в тесной зависимости с литосферой (подземные воды), атмосферой (парообразная влага) и живым веществом биосферы, в которое она входит в качестве обязательного компонента. Круговорот воды является процессом её самоочищения [8]. Круговорот воды в природе (гидрологический цикл) -- процесс циклического перемещения воды в земной биосфере. Состоит из испарения воды, переноса паров воздушными течениями, их конденсации, атмосферных осадков и переноса воды в реках и других водоёмов. Большая часть испаряется с поверхности Мирового океана [21]. Этот процесс состоит из малого и большого круговорота. Малый круговорот характеризуется тем, что атмосферные осадки выпадают только над океаном, а большой тем, что они выпадают не только над океаном, но и над сушей [17]. Различные физические, химические и биологические процессы объединяются, образуя единую природу океана - древнейшую область биосферы Земли. Со времени образования океана протекало изменение его природы под воздействием различных природных процессов (солнечного излучения, геологических и геохимических факторов) и, что весьма важно, биологических процессов. Биологические процессы проявлялись и проявляются в развитии живых организмов, в усвоении солнечной энергии и накоплении свободной энергии в самих телах организмов, в биологической продуктивности и осадкообразовании на всей площади дна Мирового океана, в формировании различного рода органогенных илов.

Значение гидросферы многогранно. Вода играет важную роль в круговороте веществ на Земле. Вода участвует в формировании климата, погоды. Она, обладая большой теплоемкостью, определяет роль океанов в климатическом отношении. Океаны и моря, накопив запас тепла летом, согревают этим теплом атмосферу Земли. Содержащийся в воздухе водяной пар (наряду с углекислым газом) играет определяющую роль в тепловом балансе планеты, так как он, пропуская большую часть солнечных лучей, в значительной степени задерживает тепловое излучение планеты в мировое пространство. Из тропических широт океанические течения несут тепло в северные моря, смягчая и выравнивая климат планеты.

Вода является универсальным растворителем, из всех жидкостей она - наилучший растворитель, в ней растворяются почти все вещества. Вода - великий скульптор, формирующий поверхность планеты. Она активизирует процессы почвообразования и участвует в формировании плодородия почвы.

Велико биологическое значение воды. Жизнь на Земле зародилась в водной среде и продолжает быть связана с водой.

С участием воды в процессе фотосинтеза происходит образование органического вещества, при этом выделяется кислород (это кислород, который содержался в воде). Он используется при дыхании и является основой для распространенных в природе и важных для обмена веществ окислительных процессов. В водной среде протекает большинство химических реакций, связанных с обменом веществ в организме. Обмен веществ включает в себя как непременный, органически входящий в него процесс - водный обмен. Благодаря этому свойству вода стала носителем жизни. Только в жидкой водной среде совершаются процессы пищеварения и усвоения пищи в желудочно-кишечном тракте, идет синтез «живого» вещества в клетках организма. Вода входит в состав тел живых организмов, всех их органов и тканей. Потеря воды организмом ведет к его гибели. Для человека смертельна потеря воды в пределе 15-20%. Физиологическая потребность составляет в среднем 2,5 л воды в сутки. В общем, вода является структурной и функциональной основой жизни [8].

Вода играет большую роль для человека: это - вид транспорта, источник электрической энергии, разнообразного сырья, в том числе лекарственного сырья. Вода в больших количествах используется в хозяйственно-бытовых и санитарных целях, при этом растет культура человека, растет и расход воды. Если ранее воду брали ведрами из колодцев, колонок, и вода расходовалась экономно (на одного человека приходилось в среднем 20 литров в сутки), то в настоящее время в городах на человека приходится 150-200-250 литров воды в сутки и более. Очень широко применяется вода в промышленности. В целом, по всем видам водоснабжения город с населением 1 млн. человек потребляет 0,5 млн. м3 воды в сутки. Прогноз, сделанный на 2000 год (М.И. Львович, 1974) показывал, что общее количество потребляемой воды значительно увеличится, возрастет и объем сточных вод, достигнув 6000 км3. При этом известно, что сточные воды загрязняют в 10-15 раз больше вод, чем сброшено. Для разбавления указанного количества стоков потребуется использовать весь годовой устойчивый речной сток [8].

Таким образом, следует выделить, что не могло вы возникнуть и развиваться всё живое на планете без воды, она является непременным условием образования климата на поверхности Земли.

2. Основные источники загрязнения воды

Как уже известно, человеку вода просто необходима для обеспечения жизни. И человек, в свою очередь, пренебрегая к этому драгоценному ресурсу, зачастую очень не рационально использует его, что приводит к большим проблемам не только для самого человека, но и для всех обитателей планеты. Водные ресурсы -- это пригодные для использования воды рек, озёр, каналов, водохранилищ, морей и океанов [23]. Они являются количественно неисчерпаемы. Однако, человек в ходе своей деятельности, загрязняя и используя небрежно воду, резко сокращает водные ресурсы [3].

Источник загрязнения - это источник, который вносит в поверхностные и подземные воды различные вредные соединения, отходы, микроорганизмы [8]. Основными источниками загрязнения воды являются:

· Бытовые отходы

· Сельское хозяйство

· Промышленность

Бытовые отходы. Значительная часть бытовых отходов -- это канализационные стоки [19]. Сточные воды - это воды, сброс которых в водные объекты осуществляется после их использования или сток которых осуществляется с загрязненной территории(табл.1) [18]. Их можно разделить на несколько видов:

· технологические, они возникают при процессах предварительной мойки, промежуточной и финишной промывки, при использовании воды в качестве растворителя;

· хозяйственно-бытовые (хозяйственно-фекальные), образуются в жилищно-бытовом секторе, в сфере общественного питания, санитарно-технического обслуживания на предприятиях;

· поверхностные, образуются при атмосферных осадках, таянии снежного покрова, при уборке асфальтированных и бетонных территорий [8]. Больше всего от антропогенной деятельности человека, в частности от загрязнения, страдают реки. Наиболее загрязнёнными являются Волга, Днепр, Дунай, Рейн, Урал, Миасс, Исеть, Тобол на Урале, Ганг, Хуанхэ и Янцзы, Св. Лаврентия, Колорадо и Миссисипи [8].

Большая часть этой воды после использования поступает на коммунальные очистные сооружения, где после очистки сбрасывается в естественные водоемы или же идет на повторное использование. Возможность возникновения в уже очищенных стоках болезнетворных бактерий не исключается. В результате, в городах периодически возникают вспышки различных заболеваний. В канализацию вместе с бытовыми стоками поступает различная бытовая химия. Стоки изобилуют туалетной бумагой, пищевыми отходами и прочим мусором, который люди спускают в унитаз вместо того, чтобы отправить его в бак для бытовых отходов. Свою лепту в загрязнение воды вносят и стоки, поступающие в канализацию с городских улиц. В них содержатся: листья, песок, химические реагенты, ускоряющие таяние снега и льда, полиэтилен [rosao.ru]. Сточные воды можно разделить на несколько видов:

Таблица 1

Характеристика бытовых и промышленных сточных вод (по С.Н. Черкинскому, 1971)

Показатели	Бытовые сточные воды	Промышленные сточные воды
Происхождение	Образуются в результате хозяйственно-бытовой деятельности и физиологических выделений людей	Образуются в результате технологических процессов на производстве, сопровождающихся удалением отходов, потерей сырья и реагентов или годовой продукции
Количество	Ограничено пределами водопотребления населения для физиологических и культурно-бытовых нужд	Определяется потребностями технологических процессов и характеризуется значительными колебаниями
Внешний вид	Однообразный	Крайне различный
Режим спуска	Ограниченная степень неравномерности, определяющаяся бытовыми условиями жизни населения	Различный - соответственно технологическому процессу, может быть весьма неравномерным
Взвешенные вещества	Обнаруживаются по количеству и качеству	Крайне разнообразны по количеству и качеству
Реакции	Нейтральная и слабощелочная	От резкощелочной до резкокислой, нередко меняющейся во времени
Химический состав	Однообразный, преобладают органические соединения животного или растительного происхождения	Различный, могут преобладать органические синтетические вещества или минеральные соединения
Токсичность и бактерицидность	Не свойственна	Может обнаруживаться в различной степени
Типичность состава и свойств	Заметно выраженна, колебания концетрации зависят от уровня водопотребления	Выраженна лишь для одинаковых производств
Гигиеническое значение	Преимущественно эпидемиологическое значение, всегда общесанитарное	Преимущественно общесанитарное значение, иногда эпидемиологическое, часто токсилогическое
Методы обезвреживания	Биологические на типовых сооружениях с дезинфекцией	Самые разнообразные, часто химико-механические, дезинфекция как исключение

Сельское хозяйство. Сточные сельскохозяйственные воды содержат огромное количество химических веществ, порой очень опасных для людей и животных, а также частички почвы. К загрязняющим «сельскохозяйственную» воду веществам относятся: калий и фосфор; неорганические и органические удобрения, в состав которых входит азот; пестициды и гербициды, применяемые для борьбы с сорняками; фунгициды, инсектициды и другая «химия», способная вызвать тяжелые отравления и даже смерть человека. Кроме этого, часть сельскохозяйственных стоков составляет воды с мясо-молочных ферм и птицефабрик, в которой содержатся различные органические останки и фекалии. Пропустить воду, используемую для орошения сельскохозяйственных угодий, через очистные сооружения технически невозможно, так как после полива полей она уходит в землю, проникая оттуда в грунтовые воды. С очисткой стоков в животноводстве и на птицефермах немного проще, ибо монтаж установок для очистки их сточных вод не представляет серьезной проблемы. Но не все владельцы подобных сельскохозяйственных предприятий тратятся на монтаж очистных систем, сбрасывая воду в специальные отстойники или же в ближайший естественный водоем [19].

Промышленность. В странах с развитым промышленным производством основными потребителями и загрязнителями воды являются предприятия различных отраслей экономики. Количество их сточных вод почти в три раза превышает коммунально-бытовые стоки (табл. 1). На производстве вода используется повсеместно и может выступать в роли сырья, охладителя, обогревателя или же выполнять роль транспортных артерий, а также быть частью сортировочных и промывочных установок. Кроме этого, часть отходов большинства предприятий, также выводится с помощью воды. Для этих целей она используется практически везде -- нефтеперерабатывающая промышленность, машиностроение, химические и пищевые предприятия и т.д. (табл. 2). Поскольку очищать и утилизировать промышленные стоки дорого, то различные предприятия сбрасывают загрязнённые стоки в природные водоемы или в коммунальные канализационные коллекторы. Большую часть промышленных стоков составляют отходы черной и цветной металлургии, предприятий органического синтеза, нефтеперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. И хотя в основной своей массе такие стоки не несут вреда человеку, они нарушают экологические равновесие природных и искусственных водоемов.

Таблица 2

Приоритетные загрязнители водных экосистем по отраслям промышленности

Отрасль промышленности	Преобладающий вид загрязняющих компонентов
Нефтегазодобыча, нефтепереработка	Нефтепродукты, СПАВ, фенолы, эммонийные соли, сульфиды
Целлюлозно-бумажный комплекс, лесная промышленность	Сульфаты, органические вещества, лигнины, смолистые и жирные вещества, азот
Машиностроение, металлобработка, металлургия	Тяжёлые металлы, взвешенные вещества, фториды, цианиды, аммонийный азот, нефтепродукты, фенолы, смолы
Химическая промышленность	Фенолы, нефтепродукты, СПАВ, ароматические углеводороды, неорганика
Горнодобывающая, угольная	Неорганика, фенолы, взвешенные вещества
Лёгкая, текстильная, пищевая	СПАВ, нефтепродукты, органические красители, другие органические вещества

Таким образом, вся антропогенная деятельность связана с тем, что человек негативно влияет на гидросферу, загрязняя её различными видами отходов. Задача человечества состоит в том, чтобы снизить интенсивность негативных последствий.



3. Последствия антропогенной деятельности на гидросферу

Антропогенные факторы - совокупность факторов окружающей среды, обусловленных случайной или преднамеренной деятельностью человечества за период его существования. Данные факторы в настоящее время оказывают непосредственное влияние на структуры экосистемы и изменение химического состава и режима, в том числе и гидросферы [10]. Деятельность человека привела к таким негативным последствиям, как:

1. Истощение запасов поверхностных и подземных вод. Истощение подземных и поверхностных вод связанно с двумя факторами: первый - это безвозвратные ежегодные потери воды при использовании её в хозяйственных нуждах. Второй - создание водохранилищ, также целых их каскадов. Водохранилища являются водоёмами безвозвратных потерь воды. Истощение подземных вод выражается в понижении их уровня, особенно в крупных городах в результате мощного водозабора, что в свою очередь приводит к пересыханию поверхностных небольших водоемов: родников, рек, ручьев. Также происходит иссушение лесов, болот, гибель растительности и др.

2. Изменение качества воды. Поступление в водоемы избыточного количества биогенных элементов (N, P и др.) приводит к массовому размножению синезеленых водорослей, что вызывает «цветение воды», выделение опасных токсинов для др. живых организмов (в т.ч. и для человека). Это приводит в свою очередь к уменьшению способности экосистемы к саморегуляции. Увеличение выбросов сточных вод привело, загрязнение нефтепродуктами и токсичными веществами привело к изменению качества воды. Это оказывает негативную роль на здоровье человека и биологическую продуктивность водоёмов [2]. Происходит уменьшение числа видов организмов в водоемах вследствие их химического загрязнения тяжелыми металлами, фенолом, ПАВ, нефтью и др. Заболевания населения очень часто связанны с химическим загрязнением воды. Инфекционная заболеваемость населения, связанная с водоснабжением. Через воду может передаваться холера, брюшной тиф, сальмонеллез, дизентерия, вирусный гепатит др. Патогенные микроорганизмы попадают в водоемы со стоками от предприятий по переработке животного сырья, от инфекционных и ветеринарных больниц, городских бытовых стоков, с речных судов, при водопое скота, купании. Заражение может произойти при питье плохо обеззараженной воды, купании, при употреблении в пищу зараженной паразитами рыбы и т.д.

3. Термическое загрязнение. С работой тепловых и атомных электростанций связано термическое загрязнение воды. Основная масса воды, используемой в тепловой энергетике, предназначается для охлаждения турбин и генераторов. При этом около 5% воды безвозвратно теряется, превращаясь в пар. Широкое распространение начиная с середины XX в. получили специальные пруды-охладители на теплоэлектростанциях. Охлаждая систему турбин и генераторов, нагретые воды отводятся в пруды, в которых создаются благоприятные тепловые условия для массового размножения фитопланктона. Происходит эвтрофикация воды [24].

4. Изменение режимов рек и обмеление. Создание искусственных водоёмов и ГЭС привело к нарушению гидрологического режима рек. Негативные последствия создания крупных водохранилищ:

- затопление плодородных земель;

- резкое снижение воспроизводства рыб;

- подтопление прилегающих территорий и др.

5. Сейсмическая активность искусственных водоёмов. Зафиксирована сейсмическая активность в районах искусственно созданных водохранилищ. Это связанно с тем, что среда, находящаяся под водохранилищем, существует под действием гравитационных сил. Под давлением толщи воды изменяется напряжённость пород дна водохранилища. Вследствие этого возникают землетрясения [2].

6. Радионуклидное заражение водоёмов. Общий уровень радиоактивного загрязнения воды в настоящее время в 20 раз выше, чем был до 1986 г., а донных отложений - в 6700 раз. Обитающая в Киевском водохранилище рыба несет в себе радиоактивности в 100-300 раз больше, чем до аварии. Плутоний и цезий начинают мигрировать из водохранилища как с синезелеными водорослями, так и с мелкими частицами отложений. Уже через 4 года после аварии водами Припяти и Днепра в водохранилище, а оттуда дальше вниз по течению Днепра вынесено суммарно осадков активностью более 10 тыс. Ки. 80% радионуклидов смешалось с донными осадками, а 20% поступило в Черное море, до сих пор хранящее в себе радиоактивные частицы, осевшие во время атмосферных испытаний ядерного оружия. Всего на дне Киевского водохранилища скопилось 60 млн. т радиоактивных осадков, они просачиваются в другие водохранилища днепровского каскада, это ставит под угрозу заражения и гибели регион, где проживают 40 млн. человек [24].

Такое воздействие возникает при использовании технической и питьевой воды. Основные потребители поверхностных вод в России: промышленность - 35%; сельское хозяйство - 26%; теплоэнергетика - 24%. На коммунальное хозяйство расходуется почти 4% воды, на рыбное - 1% [2].

глобальный антропогенный экологический гидросфера

3.1 Глобальные и региональные экологические последствия в Мировом океане

В настоящее время происходит интенсивное освоение Мирового океана морскими государствами. Сейчас освоено примерно 35% площади зоны Мирового океана. Наибольшая антропогенная нагрузка приходится именно на эту территорию [2].

Главные причины загрязнения морских и океанических вод:

· выброс промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод в моря и в реки, впадающие в них;

· сброс стоков, содержащих вещества, используемые в сельском и лесном хозяйстве;

· захоронение загрязняющих веществ, в том числе и радиоактивных;

· аварийные выбросы и сбросы судов, из подводных трубопроводов;

· добыча полезных ископаемых;

· выпадение загрязняющих соединений из атмосферных осадков, также и кислотные дожди;

· развитие рекреационных ресурсов [3].

Ярким примером загрязнения является Средиземное море. Оно омывает 15 государств. По нефтяному загрязнению в тихом океане концентрация самая низкая, а самая высокая в Индийском. Наиболее загрязнены нефтью такие моря, как Северное, Японское и другие. Нефть представляет наибольшую опасность для водных организмов, так как 1 тонна нефти способна покрыть тонким слоем воду с площадью 12 км², в таком случае нефтяная плёнка не пропускает лучи Солнца, и процесс фотосинтеза прекращается [2]. Основные компоненты, загрязняющие воды мирового океана представлены в таблице 3.

Таблица 3

Наиболее распространённые токсичные компоненты крупномасштабного загрязнения Мирового океана (по Патину)

Загрязняющие вещества	Степень биологической опасности	Масштаб распространения
Радионуклиды (тритий, стронций-90, цезий-137, церий-144, плутоний-238)	Сильная	Глобальный
Хлороорганические токсичные:
ДДТ и его метаболиты	Сильная	Глобальный
Полихлорированные бифенилы	Сильная	Глобальный
Альдрин	Сильная	Глобальный
Дильдрин	Сильная	Локальный
Металлы:
Метилртуть	Сильная	Глобальный
Кадмий, свинец	Слабая	Глобальный
Цинк	Значительная	Локальный
Медь	Значительная	Региональный
Хром	Слабая	Локальный
Мышьяк	Слабая	Региональный
Железо, марганец	Незначительная	Локальный
Нефть и нефтепродукты	Значительная	Глобальный
Детергенты	Неопределённая	Региональный

3.2 Особенности загрязнения и изменения качества воды суши

При антропогенном вмешательстве в гидросферу суши, изменяется качество воды рек, озёр и подземных вод. Больше всего воду потребляют такие отрасли промышленности, как химическая, энергетическая, целлюлозно-бумажная и металлургическая [2]. Можно выделить следующие виды загрязнения:

· Механическое загрязнение - это загрязнение твёрдыми частицами (глинистым материалом). Со взвешенными частицами в адсорбированной форме переносятся и оседают на дно различные токсичные вещества.

· Химическое загрязнение - это загрязнение органическими и неорганическими соединениями. Может быть загрязнение полихлорвиниловыми бифенилами, пестицидами, нефтью и нефтепродуктами, хлоридами, тяжёлыми металлами, существует такой вид загрязнения как минерализация вод, загрязнение детергентами. Детергенты - это поверхностно-активные синтетические вещества, используемые в быту и промышленности как моющие средства и эмульгаторы. Одна из основных групп веществ, загрязняющих водоемы, так как с трудом подвергаются разложению микроорганизмами [14].

· Биологическое загрязнение - загрязнение биогенными веществами, патогенами. Патогены - это болезнетворные микроорганизмы, вызывающие различные заболевания [16].

· Физическое загрязнение - это очень серьёзное явление, вызывающее негативные последствия. При данном загрязнении водоёмы используют для охлаждения турбин и двигателей. Вода при этом очень сильно повышает температуру. В данных условиях развиваются патогенная микрофлора, гибнут гидробионты, и зачастую, в воде обнаруживается дефицит кислорода.

· Радиоактивное загрязнение - при данном загрязнении в водоёмы сбрасываются отходы предприятий. Также радиоактивному заражению подверглись реки Припять и Днепр при аварии на Чернобыльской АЭС [2].

В воды суши в основном поступают сера и азот. Фосфор поступает в водоёмы с бытовыми сточными водами. А также большую роль в загрязнении поверхностных и грунтовых вод оказывают вещества, выпадающие вместе с атмосферными осадками.

3.3 Процессы асидификации и эвтрофикации

Асидификация - это природный процесс, вызванный антропогенной деятельностью и приводящий к повышению кислотной реакции среды [24].

Все биологические процессы в водоёмах полностью зависят от показателя pH.

Самое оптимальное значение pH 6-8. При этом происходит развитие водорослей и микроорганизмов, распад микроорганизмов, нитрификация и денитрификация. При pH = 6 погибают зоопланктон, насекомые, ракообразные, некоторые водоросли. При увеличении кислотности повышается подвижность иона Al. Алюминий оказывает токсичное воздействие на рыб. При pH ниже 5,5 численность рыб резко сокращается [2].

В естественных условия осадки имеют нейтральную или слабокислую реакцию. При pH ниже 5 осадки считаются кислыми [24]. Основные компоненты кислотных осадков - аэрозоли аммиака, оксидов серы и азота, взаимодействуя с гидросферой образуют серную, азотную и другие кислоты. Источниками антропогенных кислотных осадков являются процессы сжигания горючих ископаемых, угля, в тепловых электростанциях, в котельных, в металлургии, нефтехимической промышленности, на транспорте и прочее. Еще одним источником является сельское хозяйство. В почву вносят большое количество азотного удобрения. При стоке воды с сельскохозяйственных земель в водоёмы попадают соединения азота. В итоге вода окисляется [13].

При известковании реакция становится близкой к нейтральной, и химическое состояние воды значительно улучшается [2].

Эвтрофиация - это усиление биологической продуктивности водоёмов вследствие накопления в воде биогенных элементов. Причинами этого могут быть несколько явлений. Первая - поступление в водоёмы большого количество соединений азота и фосфора. Это приводит к сильному развитию водных растений, в том числе водорослей и макрофитов. Вторая связана с работой ТЭС и АЭС. Некоторые водоёмы используют для охлаждения турбин и генераторов. В результате этого создаются благоприятные тепловые условия для развития фитопланктона. Третья причина - загрязнение нефтью [2].

Вследствие чего уменьшается биоразнообразие, погибает большое количество рыб, ухудшается качество воды. Водоёмы уже не используются как рекреационные ресурсы, блокируются водосборы из-за большой массы водорослей [2].



4. Дефицит воды и управление водными ресурсами

Существует много территорий в мире с дефицитом воды. Это Австралия, Африка и Зарубежная Азия (табл. 4). В России это европейская часть и Урал [8]. Для того, чтобы решить данную проблему человек строит гидротехнические сооружения. Это, конечно, приводит к ожидаемому разрешению вопроса, но и приносит серьёзный экологический ущерб [2].

Но самая главная проблема - дефицит пресной, а что немаловажно, чистой воды. 70% пресных вод заморожено в ледниках и вечной мерзлоте (табл. 5) [8].

Таблица 4

Обеспеченность континентов пресной водой (По К.П. Воскресенскому, 1971)

Континенты	Суммарный сток рек, км2	Население, млн. чел.	Сток на душу населения, тыс. м3 в год
Европа	3140	606	5,18
Азия	13400	1688	7,94
Африка	4020	294	13,67
Северная Америка	6522	253	26,17
Южная Америка	11500	154	74,68
Австралия	1890	15,5	12,9
Антарктида	1050	Постоянного нет
Земной шар	41500	3256	11

Таблица 5

Пресные воды гидросферы (по М.И. Львовичу, 1974)

Части гидросферы	Объём пресной воды, км3	% от данной части гидросферы	% от общего объёма пресной воды
Ледники	24000000	100	85
Подземные воды	4000000	6,7	14
Озёра и водохранилища	155000	55	0,6
Почвенная влага	83000	98	0,3
Пары атмосферы	14000	100	0,06
Речные воды	1200	100	0,004
Итого	28253200	-	100

Для удовлетворения физиологических потребностей человеку требуется 400 л/год. Но если учитывать промышленность, этот показатель должен быть куда выше, поэтому уровень 500 м³ на человека в год чрезвычайно низкий. С каждым годом в мире возрастает число стран с критических уровнем запаса пресной воды. К 2025 году количество таких стран может достигнуть 45 [2].

На многих территория наблюдаются кризисы обеспеченности водой и её качества. Такие кризисы зачастую перерастают в катастрофы [2]. Недостаток пресной воды возник по причинам:

1. Широкое увеличение отраслей промышленностей, требующих большой затрат водных ресурсов.

2. Сокращение водоносности рек, как следствии потеря пресной воды.

3. Загрязнение водоёмов различными видами стоков.

Для решения данных проблем требуется незамедлительные действия. Но если правильно управлять водными ресурсами, можно улучшить качество вод. Для снижения нехватки воды используют охрану водоёмов и рациональное их использование, предотвращение загрязнений, применение водосберегающих технологий, а также разделение питьевой и технической воды [2]. Используют такие показатели, как ПДК вещества (предельно допустимая концентрация), ПДС (предельно допустимый сброс) и БХК (биохимическое потребление кислорода) [2].

4.1 Мониторинг водных объектов

В связи с повышенной нагрузкой антропогенной деятельности на компоненты природы, необходим экологический мониторинг [6]. Мониторинг - это комплекс мероприятий по организации, сбору, обработке данных наблюдений за показателями характеристики окружающей среды [14]. Предметом мониторинга гидросферы является химический и радионуклидный состав, тепловое загрязнение, взвеси и донные отложения поверхностных и грунтовых вод, а также сбор канализационных и ливневых вод [14].

В мониторинг водных объектов входит контроль показателей: запаха, температуры, электропроводности, мутности, цветности, величины pH, фракционного состава взвесей, содержание химических соединений, содержание микроорганизмов [6].

Основные задачи мониторинга:

1. Использование автоматизированного определения показателей качества природных вод в пунктах наблюдений

2. Создание информационной базы данных

3. Прогнозирование качества природных вод

4. Предложения по управлению качеством природных вод [6]

В мониторинг также входит экологическая экспертиза - обязательная мера охраны окружающей среды, определяющая принятие хозяйственного решения для проверки экологической безопасности, а именно, это организационного правовой механизм охраны природной среды [6].

При мониторинге загрязнения морей используют морские станции, они разделены на три категории в зависимости от хозяйственной значимости водного объекта [6].

Первая используется для выявления загрязнения в экономической зоне влияния человека, это 35% территории Мирового океана. Вторая для определения интенсивности загрязнения в таких местах, как города, порты, прибрежные воды, бухты, заливы. Третья для определения уровня загрязнения в зависимости от смены сезона и года [6].

4.2 Меры по очистке и охране вод

Сточные воды очищаются механическим, физико-химическим, биологическим и другими методами. Для ликвидации бактериального загрязнения применяется обеззараживание или дезинфекция сточных вод. Этот метод заключается в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы улавливаются решетками и ситами различных конструкций, а поверхностные загрязнения -- нефтеловушками, маслоуловителями, смолоуловителями и т.д. Механической очисткой можно достигнуть выделения из бытовых сточных вод до 60% нерастворимых примесей, а из производственных -- до 95% [8].

Физико-химическая очистка состоит в добавлении к сточным водам химических реагентов, вступающих в реакцию с загрязняющими веществами и способствующих выпадению нерастворимых и частично растворимых веществ. В качестве адсорбентов применяют естественные (глины, торф) и искусственные материалы (активированные угли). Из физико-химических методов широко применяется очистка воды от загрязнителей хлорированием. Хлор убивает микроорганизмы и вступает в реакцию с аммиаком (рис. 1). Оставшийся в избытке хлор растворяется в воде, защищая тем самым воду от любого нового источника загрязнения [8].

Загрязненные сточные воды очищают также электролитическим методом (пропусканием электрического тока через загрязненные воды), с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления.

Метод биологической очистки заключается в минерализации органических загрязнений сточных вод при помощи аэробных биохимических процессов. После вода становится прозрачной, незагнивающей, содержащей растворенный кислород и нитраты.

Источниками питания и бурного развития организмов активного ила служат загрязнения сточных вод органическими веществами 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. Мельчайшие животные (инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и др.), пожирая бактерии, не слипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила. Следует отметить, что уже через несколько минут после контакта ила со сточной водой обычно концентрация в ней органических веществ снижается более чем наполовину.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. - Очистка воды от загрязнителей хлорированием

В естественных условиях для биологической доочистки сточных вод используют биологические пруды и поля орошения или поля фильтрации. Биологические пруды -- это неглубокие земляные резервуары, обычно 0,5-1 м, в которых происходят те же процессы, что и при самоочищении водоемов. Они работают при температуре не менее 6°С. Обычно их устраивают в виде 4-5 серий на местности, имеющей уклон. Располагают ступенями так, что вода из верхнего пруда самотеком направляется в нижерасположенный. Поля фильтрации предназначены только для биологической доочистки (очистки) сточных вод. На полях орошения одновременно с очисткой вод производится выращивание кормовых сельскохозяйственных культур или трав.

Отдельные виды промышленных сточных вод нуждаются в захоронении. Предоставление недр для захоронения вредных веществ, отходов производства и сброса сточных вод допускается в исключительных случаях и при соблюдении специальных требований.

Рассматривая меры по охране водных ресурсов, следует еще раз подчеркнуть, что сохранение в количественном и качественном отношении природных водоисточников является фундаментальным требованием, определяющим тактику и стратегию водохозяйственной деятельности.

Решение проблемы предотвращения загрязнения водоемов сточными водами состоит в создании безотходных технологических процессов. Одним из главных потребителей и загрязнителей воды является сельскохозяйственное производство. Вода -- один из факторов урожая. Отсюда на орошаемых землях необходимо всеми силами и средствами беречь и экономить воду, сохранять при этом реки и озера в чистоте. Не допускать смыва почвы, поступления агрохимикатов в реки и озера, следует вести борьбу с фильтрацией и другими потерями воды [2].

На неорошаемых землях применение высокой агротехники имеет особо важное значение в сохранении чистоты водных ресурсов. Правильно проведенная пахота и в целом обработка почвы применительно к конкретным условиям, агролесомелиоративные мероприятия способствуют накоплению влаги в почве и обеспечивают чистоту воды. В сохранении чистоты водоемов в сельскохозяйственных предприятиях должно уделяться внимание организации водопоя домашних животных, строительству животноводческих и других сельскохозяйственных помещений, утилизации навоза и т.д. Все большее значение на промышленных предприятиях приобретает применение оборотной системы водоснабжения или повторного использования воды.

От предъявляемых требований к качеству воды, зависят способы улучшения её качества и водоочистных сооружений (табл. 6) [8].

Стратегия эффективного и неразрушительного для природной среды водопользования диктует и тактику современной водохозяйственной деятельности: научное обоснование и долгосрочное прогнозирование водного хозяйства города, области, региона и связанных с этим изменений в природной среде; оптимальное планирование и последовательное осуществление разумного водохозяйственного строительства; системный подход к решению вопросов. Значительную и весьма положительную роль в осуществлении этих задач играют математическое моделирование, мониторинг и прогнозирование.

Таблица 6

Общие требования к составу и свойству воды водных объектов у пунктов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования

Показатели состава и свойства воды водоёма или водостока	Требования в зависимости от категории водопользования
	Для централизированного или нецентрализированного хозяйственно-питьевого снабжения, для водоснабжения пищевых предприятий	Для купания, спорта и отдыха населения, для водоёмов в черте населённых мест
Взвешенные частицы	Содержание взвешенных частиц не должно увеличиваться больше чем на:
	0,25 мг/л	0,75мг/л
	Для водоёмов содержащих в межень более 30 мг/л природных минеральных веществ, допускается увеличение содержания взвешенных частиц в воде до 5%
	Взвеси со скоростью выпадения более 0,4 мм/с для прочных водоёмов и более 0,2 мм/с для водохранилищ к спуску запрещены
Плавающие примеси	На поверхности водоёма не должно быть плавающей плёнки, пятен минеральных масел и скопления других примесей
Запахи, привкусы	Вода не должна иметь запахов и привкусов интенсивностью более 2 баллов, обнаруживаемых:
	Непосредственно или при последующем хлорировании	Непосредственно
	Мясо рыбы не должно иметь посторонних запахов и привкусов
Окраска	Не должна обнаруживаться в столбике:
	20 см	10 см
Температура	При спуске сточных вод летняя температура воды не должна повышаться более чем на 3oC по сравнению со среднемесячной температурой воды самого жаркого месяца за последние 10 лет
Минеральный состав	Не должен превышать 1000 мг/л, в том числе хлоридов 350 мг/л и сульфатов 500 мг/л	Нормируется по приведённому выше показателю «Привкусы»
Растворённый кислород	Не должен быть менее 4 мг/л в любой период в пробе, отобранной до 1 ч. дня
Биохимическая потребность в кислороде	Полная потребность воды в кислороде про 20oС не должна превышать:
	3 мг/л	6 мг/л

5. Самоочищение водной среды и методы активизации процессов самоочищения водоёмов

Самоочистка воды - свойство водоёмов и водостоков постепенно освобождаться от загрязнения в результате распада и минерализации органических соединений [11]. Это непременное звено в цикле круговорота воды в природе [6]. Существует 3 группы факторов самоочищения:

1 группа - химические. К ним можно отнести окисление органических и неорганических веществ. Часто дают оценку самоочищения водоема по отношению к легко окисляемому органическому веществу или по общему содержанию органических веществ. Оценку самоочищения производят и по содержанию конкретных соединений или их групп (фенолов, углеводородов, смол) [20].

2 группа - биологические. К биологическим факторам самоочищения водоема относятся водоросли, плесневые и дрожжевые грибки. Однако фитопланктон не всегда положительно воздействует на процессы самоочищения: в отдельных случаях массовое развитие сине-зеленых водорослей в искусственных водоемах можно рассматривать как процесс самозагрязнения. Некоторые представители животного мира, такие как устрицы, амёбы, моллюски участвуют в очищении водоёмов [20].

3 группа - физические. С помощью ультрафиолетовых лучей Солнца происходит обеззараживание водоёма. Ультрафиолетовые лучи губительно действуют на микробные клетки, споры и вирусы [20].

К другим очищающим процессам относятся механическое осаждение взвесей, поглощение донными отложениями и водной растительностью различных загрязнителей и прочее. С помощью реаэрации происходит очищение от неконсервативных загрязняющих веществ. Также в водных объектах происходит самоочищение от тяжёлых металлов [6].

Биологическое самоочищение вод Мирового океана происходит за счёт процессов биоизвлечения, биоаккумуляции и биоседиментации загрязняющих веществ. Морская экосистема довольна устойчива к умеренному антропогенному влиянию. Это происходит благодаря гомеостазу - способность экосистемы возвращаться к начальному состоянию. Но гомеостаз не в состоянии противодействовать активному и постоянному человеческому вмешательству [2].

У подземных вод процесс самоочищения происходит благодаря природным фильтрам, через которые она постоянно протекает [2].

Также для активизации естественных процессов самоочищения водоёмов часто требуется вмешательство человека. Очень действенны природоохранные работы по воссозданию устойчивой травянистой и древесно-кустарниковой растительности. Это значительно уменьшает эрозийные и загрязняющие процессы. В подобные работы входят и рекультивации свалок и реабилитация загрязнённых участков [6].

Существуют специализированные инженерные мероприятия, помогающие стабилизировать и активизировать процессы самоочищения. Они выполняются в акватории водных объектов. В них входят создание режимов, которые обеспечивают эффективное функционирование в водоёмах очищающих процессов за счёт возведения очищающих сооружений. , ликвидация или же уменьшение негативного воздействия источников загрязнения. Подобные работы ликвидации загрязнителей происходят с помощью удаления донных отложений различными способами [6].

Маловодные реки очищаются следующими методами:

· устройство аэраторов для насыщения вод кислородом;

· строительство фильтрующих плотин;

· устройство биофильтров, населённые очищающими микроорганизмами;

· устройство биофильтров, состоящих их химически активных веществ, для очищения от специфических загрязнителей [6].



Заключение

Антропогенная деятельность очень негативно сказывается на состоянии гидросферы. Она приводит к загрязнению вод, обмелению и полному иссушению водных объектов, что ведёт за собой изменение гидрологического режима определённой области, дефицит питьевой воды, угнетение или даже гибель гидробионтов, а также такие негативные процессы, как асидификация и эвтрофикация. К тому же отрицательно это влияет и на самого человека, во-первых, истощаются запасы чисто пресной воды, во-вторых, в загрязненных водах могут обитать различные болезнетворные бактерии и вирусы, вызывающие у людей тяжёлые заболевания.

Данные проблемы ещё более будут усугубляться с ростом численности населения, ростом городов и мегаполисов, с дальнейшим увеличением экономической зоны океана и т.д. К тому же многие предприятия и компании не хотят тратиться на дорогостоящую очистку сточных вод, выливая их прямо в природные водоёмы.

Конечно, без развития промышленности и сельского хозяйства трудно представить жизнь человечества. Однако, к проблеме негативного антропогенного влияния на гидросферу оказывается слишком мало внимания, ведь лучше предотвратить проблему, чем решать ёё, когда она уже появилась. Для решения столько больших и масштабных проблем требуются незамедлительные действия по их устранению. Это оценка экологического состояния, повсеместная и систематическая работа по очистке водоёмов. Ведь даже самые простые действия для решения данных проблем могут принести огромные положительные результаты.



Список используемой литературы

1. Егоренко, Л.И. - Охрана окружающей среды: учеб. Пособие / Л.И. Егоренков. - М.: ФОРУМ, 2013. - 256 с.

2. Короновский, Н.В - Геоэкология: учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений, обучающихся по направлению "Экология и природопользование" / Н.В. Короновский, Г.В. Брянцева, Н.А. Ясаманов. - М.: Академия, 2011. - 384 с.

3. Николайкин, Н.И. - Экология: учеб. для вузов / Н.И. Николайкин, Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Дрофа, 2003. - 624 с.

4. Ревель П. - Среда нашего обитания / П. Ревелль. - М.: Мир, 1994 - 1995. - В 4-х кн. Кн.2: Загрязнение воды и воздуха. - 1995. - 296 с.

5. Семин, В.А. - Основы рационального водопользования и охраны водной среды: учеб. Пособие / В.А. Семин. - М.: Высш. шк., 2001. - 320 с.

6. Сметанин, В.И. - Восстановление и очистка водных объектов: учеб. пособие для вузов / В.И. Сметанин. - М.: КолосС, 2003. - 160 с.

7. Старков, В.Д. - Основы радиационной экологии: учебное пособие/В. Д. Старков. - Тюмень, 2001. - 208 с.

8. Степановских, А.С. - Прикладная экология: охрана окружающей среды: учеб. для вузов / А.С. Степановских. - М.: ЮНИТИ, 2003. - 752 с.

9. Хотунцев, Ю.Л. - Экология и экологическая безопасность: учеб. пособие для вузов / Ю.Л. Хотунцев. - 2-е изд., перераб. - М.: Академия, 2004. - 480 с.

10. biofile.ru

11. botanical_dicticnary.academic.ru

12. dic.academic.ru

13. ecodelo.org

14. ecology-edication.ru

15. ecology.sci-lib.com

Размещено на Allbest.ru