М.Э. Гусельников, В.Н. Стройнова
Биоэкология
Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2002. – 104 с.

Предыдущая

Оглавление

Следующая

16. Загрязнение гидросферы

Строение и функции гидросферы

          Гидросфера — это водяная оболочка Земли. В гидросфере Земли осуществляется круговорот воды и некоторых микроэлементов (фосфор). В этом состоит ее биосферная функция. Гидросфера очень подвижна, перемещение воды происходит во всех направлениях. В табл.16-1 показано распределение воды  гидросферы в разных агрегатных состояниях.

Таблица 16.1.

Распределение воды в гидросфере Земли

Площадь водной поверхности планеты 360.8·10⁶ км², средняя глубина мирового океана 3.8 км.

Состав гидросферы

Химический состав различных вод разный. Растворенные вещества определяют соленость — масса в граммах  растворенного вещества в 1000 г морской воды, измеряется в промилле (%_•). Хлорность воды определяется как содержание хлора в граммах на 1000 г морской воды. Соленость воды определяется по формуле Кнудсена:

S = 0,03 + 1,805/С,

где S — соленость, С — хлорность.

Соленость океана определяется несколькими химическими элементами — ионами. Это катионы Na⁺, Mg²⁺, Са²⁺, анионы Сl^—, SО₄^2-, НСО₃^—. На все остальные химические элементы приходится 4.2 %, мы их не рассматриваем. Соленость S океанической воды меняется в узких пределах от 34 до 36 %.

Относительный состав морских солей, соотношения ионов постоянны. Это говорит о том, что наблюдается динамическое равновесие между количеством растворенных веществ, поступающих с поверхности Земли в океан, и их осаждением. Дольше всех в океанической воде задерживаются Nа и Сl, весьма подвижные в биосфере.

Важным звеном в круговороте воды являются ледники. Они формируются за счет твердых осадков, выпадающих в полярных странах и высокогорье, и отличаются слабой минерализацией.

Континентальные воды — реки, озера, болота — образуются в соответствии с климатом данной местности и по составу разнообразны. Соотношения ионов в морской воде и континентальных водах постоянны и обратны:

в морской воде:            Nа⁺ > Мg²⁺ > Са²⁺ ; Сl^— > SО₄^2- > НСО₃^—;

в материковых водах: Мg²⁺ <  Nа⁺ < Са²⁺; Сl^— < SО₄ ^2- < НСО₃^—.

Причем состав континентальных вод находится в динамическом равновесии с твердыми солями, осажденными на дне водоемов. Подземные воды составляют 4 % гидросферы, их верхние слои — грунтовые воды — участвуют в круговороте воды. Подземные воды различно минерализованы, отличаются отсутствием кислорода. К подземным водам относятся и термальные воды — гейзеры. Поскольку воды Земли минерализованы и при этом постоянно мигрируют, гидросфера участвует в круговороте вещества в биосфере. Заметим, что нижняя граница гидросферы имеет температуру +100 ^оС.

Если общий объем воды взять за 100 %, то запас пресной воды на Земле 3 %, доступных запасов пресной воды — 0.5 %, используемой людьми пресной воды — 0.03 %. Питьевая вода является исчерпаемым ресурсом. Основными потребителями пресной воды являются: транспорт, сельское хозяйство, промышленность, хозяйственно-бытовая деятельность людей.

Загрязнение гидросферы. Методы защиты

Основными источниками загрязнения гидросферы являются:

1.  Атмосферные воды, несущие промышленные загрязнители, вымы-ваемые из воздуха. Особенно опасны стоки с городских улиц, предприятий, несущие нефтепродукты, фенолы, кислоты, мусор.

2.  Городские сточные воды, включающие бытовые стоки.

3.  Стоки  промышленных предприятий.

4.  Сельскохозяйственные стоки с ядохимикатами и удобрениями.

Большинство веществ, загрязняющих гидросферу, включается в круговорот веществ и пищевые цепи, многие из них накапливаются в тканях человека и животных согласно правилу десяти процентов. Считается, что загрязнение атмосферы менее опасно, чем загрязнение гидросферы, по следующим причинам:

—  процессы самоочищения в водных экосистемах протекают медленнее,  чем в воздушных;

—  иcточники загрязнения гидросферы более разнообразны;

—  естественные процессы в водной среде более чувствительны к загрязнениям и имеют большее значение для жизни на Земле.

Загрязнения гидросферы нормируются с помощью следующих величин:

1. Предельно допустимой концентрации химических веществ в воде водоема ПДК_В (для каждого вещества своя). ПДК_В — не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей жизни и ухудшать гигиенические условия водопользования.

2. Показателя кислотности рН, который определяется по формуле

рН = — lgС_Н+,

где С_Н+ — концентрация иона водорода в воде, выраженная в молях на литр. Для кислых вод рН < 7, для нейтральных —  рН = 7, для щелочных и соленых — рН > 7.

3. Биохимической потребности в кислороде (БПК), или количеством  кислорода, необходимым для естественного окисления органических загрязнителей воды за 5, 10, 15 или 20 суток. Характеризует концентрацию биологически разлагаемых загрязнителей сточных вод.

4. Химической потребности в кислороде БПК, или пересчитанным на кислород количеством бихромата калия, растворенного в серной кислоте, необходимым для окисления органических загрязнителей воды. Характеризует общее содержание в воде органических загрязнителей. Имеет ту же размерность, что и БПК. Считают, что если БПК / ХПК > 0.5, загрязнители вод могут быть удалены биологическими методами очистки.

5. Предельно допустимого сброса (ПДС) устанавливается индивидуально для каждого источника, имеет размерность массы вредного вещества, выбрасываемого за единицу времени.

Методы очистки сточных вод

Существует следующая классификация методов очистки сточных вод:

1. Механические методы,  для очистки вод от твердых частиц и нефтепродуктов:

а) процеживание через решетку для очистки от крупного твердого мусора (рис. 16.1,а);

б) отстаивание, применяемое для очистки от песка и нефтепродуктов (рис. 16.1,б);

в) механическое разделение гидроциклонами, конструкция которых аналогична представленной на рис. 15.2;

г) фильтрование.

2. Биологические методы применяют для очистки сточных вод от органических примесей. Среди них наиболее распространены следующие:

а) естественные биологические пруды, представляющие собой каскад прудов; с одной стороны в пруд впадает ручей из вышележащего водоема, а с другой – вытекает в нижележащий пруд;

б) биологические фильтры искусственные, в которых биологически активный материал, питающийся загрязнителем, неподвижно закреплен на твердой поверхности, а загрязненная вода обтекает его тонким слоем. Конструкция биологического фильтра представлена на рис. 16.2,а;

в) аэротенки (рис. 16.2,б) аналогичные по принципу действия биологическим прудам, но в которых во взвешенном состоянии находится биологически активный материал.

3. Физико-химические методы для очистки от растворимых примесей весьма разнообразны. Их количество определяется числом известных физических явлений и химических реакций. Основные  из них следующие:

а) химические методы — нейтрализация, экстракция, озонирование (для удаления тяжелых металлов);

б) физические методы — сорбция (поглощение), электрокоагуляция (электролиз для очистки от тяжелых металлов).

Современная наука уделяет много внимания разработке и созданию новых очистных сооружений и методов очистки гидросферы.

Тест

1.В чем состоит биосферная функция гидросферы?

1.  В поддержании круговорота воды (Н₂О), и фосфора (Р).

2.  В поддержании среды жизни рыб.

3.  В формировании осадков.

2. Количество пресной воды на Земле по отношению к общему ее количеству составляет:

1. 30 %.                         2. 13 %.                         3. 3 %.

3. Правильно следующее соотношения ионов в морской воде:

1.  SО₄^2-> Сl^—  > НСО₃^—.

2.  НСО₃^—> SО₄^2-.

3.  Nа⁺ > Мg²⁺ > Са²⁺ .

4.  Са²⁺ >Мg²⁺ .

4. Правильно следующее соотношение концентраций ионов в речной воде:

1.  Са²⁺ >Мg²⁺.

2.  Nа⁺ > Мg²⁺ .

3.  SО₄^2- > НСО₃^—.

4.  Сl^— < SО₄ ^2- .

5. Для очистки сточных вод от твердых нерастворимых примесей целесообразно использование:

1.  Биологических фильтров.

2.  Экстракции.

3.  Гидроциклонов.

4.  Электрокоагуляции.

6. Для очистки вод от органических соединений целесообразно использование:

1.  Биологических фильтров.

2.  Экстракции.

3.  Гидроциклонов.

4.  Электрокоагуляции.

Предыдущая

Оглавление

Следующая