Hidrosfera include toate resursele de apă ale Pământului:

• Oceanul Mondial;
• apele subterane;
• mlaștini;
• râuri;
• lacuri;
• mări;
• rezervoare;
• ghețari;
• abur atmosferic

Toate aceste resurse aparțin beneficiilor inepuizabile condiționat ale planetei, dar activitățile antropice pot înrăutăți semnificativ starea apei. Pentru hidrosferă, poluarea tuturor zonelor de apă este o problemă globală. Mediul acvatic este poluat cu produse petroliere și îngrășăminte agricole, deșeuri solide industriale și municipale, metale grele și compuși chimici, deșeuri radioactive și organisme biologice, ape uzate calde, municipale și industriale.

Purificarea apei

Pentru a conserva resursele de apă de pe planetă și pentru a nu deteriora calitatea apei, este necesară protejarea hidrosferei. Pentru a face acest lucru, este necesar să folosiți rațional resursele și să purificați apa. În funcție de metodele de purificare, puteți obține apă potabilă sau industrială. În primul caz, se curăță de substanțe chimice, impurități mecanice și microorganisme. În al doilea caz, este necesar să se îndepărteze doar impuritățile dăunătoare și acele substanțe care nu pot fi utilizate în zona în care se va folosi apa de proces.

Există destul de multe metode de purificare a apei. În diferite țări sunt utilizate diferite metode de purificare a apei. Astăzi, metodele mecanice, biologice și chimice de tratare a apei sunt relevante. Se mai folosesc purificarea prin oxidare și reducere, metode aerobe și anaerobe, tratarea nămolului etc. Cele mai promițătoare metode de purificare sunt purificarea apei fizico-chimice și biochimice, dar sunt costisitoare și, prin urmare, nu sunt utilizate pe scară largă.

Cicluri de apă închise

Pentru a proteja hidrosfera se creează cicluri închise de circulație a apei, iar pentru aceasta se folosesc ape naturale, care sunt pompate în sistem o singură dată. După utilizare, apa este readusă în condiții naturale și este fie purificată, fie amestecată cu apă din mediul natural. Această metodă vă permite să reduceți consumul de apă de până la 50 de ori. În plus, apa circulantă deja folosită, în funcție de temperatura acesteia, este folosită ca lichid de răcire sau lichid de răcire.

Astfel, principalele măsuri de protejare a hidrosferei sunt utilizarea rațională și purificarea acesteia. În conformitate cu tehnologiile utilizate, se calculează cantitatea optimă de resurse de apă. Cu cât apa este folosită mai economic, cu atât calitatea acesteia în natură va fi mai mare.

Apele de suprafață sunt protejate de înfundare, poluare și epuizare.

Pentru a avertiza împotriva înfundarea luați măsuri pentru a preveni intrarea deșeurilor de construcții, a deșeurilor solide, a solului dezvoltat și a altor elemente care afectează negativ calitatea apei, habitatul peștilor etc., să pătrundă în corpurile de apă și râuri.

Cea mai importantă și foarte dificilă problemă este protejarea apei de poluare. În acest scop, sunt avute în vedere următoarele activități:

· dezvoltarea tehnologiilor fără deșeuri și fără apă, introducerea sistemelor de alimentare cu apă reciclată, eliminarea deșeurilor;

· epurarea apelor uzate industriale, municipale și de altă natură;

· transferul apelor uzate către alte întreprinderi care au cerințe mai puțin stricte pentru calitatea apei și dacă impuritățile conținute în aceasta nu au un efect nociv asupra procesului tehnologic al acestor întreprinderi, ci dimpotrivă îmbunătățesc calitatea produselor (de exemplu, transferul apelor uzate de la întreprinderile chimice la producția întreprinderilor de construcții);

· canalizare si curatenie sanitara a oraselor;

· purificarea scurgerii de suprafață în zonele urbane și industriale;

· crearea de zone de protecţie a apei.

Metode de tratare a apelor uzate. Datorită diversităţii uriaşe a compoziţiei apelor uzate, există diverse metode de epurare a acesteia: mecanice, fizico-chimice, chimice, biologice etc. În funcţie de natura poluării şi de gradul de nocivitate, epurarea apelor uzate se poate realiza folosind orice o metodă sau un set de metode (metoda combinată) .

La curatare mecanica Impuritățile mecanice insolubile sunt îndepărtate prin strecurare, decantare și filtrare. În acest scop, se folosesc grătare, capcane de nisip, filtre de nisip și rezervoare de decantare de diferite tipuri. Substanțele care plutesc la suprafața apelor uzate (ulei, rășini, uleiuri, grăsimi, polimeri etc.) sunt reținute prin capcane de ulei și grăsimi sau alte tipuri de capcane prin drenarea stratului superior care conține substanțe plutitoare.

Pentru tratarea apelor uzate industriale se folosesc metode chimice și fizico-chimice.

La curatare chimicaîn apele uzate se introduc reactivi speciali (var, soda, amoniac etc.), care interactioneaza cu poluantii si precipita.

La fizico-chimic Pentru purificare se folosesc metode de coagulare, sorbtie, flotatie etc.

Pentru tratarea apelor uzate municipale, industriale din celuloză și hârtie, rafinării de petrol, întreprinderile alimentare după curatare mecanica utilizare metoda biologica. Această metodă se bazează pe capacitatea microorganismelor naturale de a utiliza compuși organici și unii compuși anorganici conținuti în apele uzate pentru dezvoltarea lor. Curățarea se realizează în structuri artificiale (rezervoare de aerare, digestoare, biofiltre etc.) și în condiții naturale (câmpuri de filtrare, câmpuri de irigații, iazuri biologice etc.). La tratarea apelor uzate, aceasta produce sediment, care este îndepărtat pentru uscare pe paturi de nămol, și apoi folosit ca îngrășământ. Cu toate acestea, odată cu epurarea biologică a apelor uzate municipale împreună cu apele uzate industriale, care conțin metale grele și alte substanțe nocive, acești poluanți se acumulează în sedimente și este exclusă utilizarea lor ca îngrășăminte. Problema manipulării nămolului de epurare apare în multe orașe din Ucraina, inclusiv Harkov.

Ele joacă un rol important de protecție în orice corp de apă. zone de protectie a apei - Acestea sunt zone speciale aranjate de-a lungul malurilor râurilor, lacurilor și rezervoarelor. Scopul principal este de a proteja corpurile de apă de poluare, înfundare și eroziune prin scurgere de suprafață. Lățimea zonelor de protecție a apei poate varia de la 100 la 300 m sau mai mult. In cadrul zonei de protectie a apei, solul trebuie fixat cu vegetatie, plantate centuri forestiere protectoare, sunt interzise activitatile economice: aratul terenului, pasunatul, folosirea pesticidelor, ingrasamintelor, lucrari de constructii, amplasarea depozitelor, garajelor, ansamblurilor zootehnice etc.

Controlul calității apei efectuat pentru evaluarea posibilității de utilizare a acestuia în scopuri gospodărești, potabile, culturale, casnice, piscicole și tehnice. Pentru a evalua calitatea apei se analizează compoziția și proprietățile fizice ale acesteia. Se determină temperatura, mirosul, gustul, transparența, turbiditatea, conținutul de oxigen dizolvat, necesarul biochimic de oxigen, aciditatea, conținutul de substanțe nocive, precum și cantitatea de E. coli într-un litru de apă. Toți indicatorii dați nu trebuie să depășească cerințele de reglementare.

Pentru a asigura funcționarea normală a centralei, sunt utilizate în principal rețelele existente în afara amplasamentului și instalațiile de alimentare cu apă și canalizare. Pentru echipamentele învechite și inutilizabile, proiectul prevede reconstrucția unei părți a rețelelor și înlocuirea echipamentelor învechite cu altele noi, modernizate.

Alimentarea cu apă industrială a instalației este asigurată printr-un sistem de circulație închisă, care permite o reducere bruscă a admisiei de apă pentru alimentarea cu apă industrială (apa de proces este furnizată numai pentru completare).

La proiectarea Întreprinderii Unitare de Stat „LPZ”, consumul de apă și apă uzată s-a schimbat semnificativ. Astfel, pentru alimentarea cu apă industrială este necesară asigurarea a 200 m 3 /h de apă de râu purificată în mod uniform pe parcursul zilei. Cerințele pentru această apă s-au schimbat pentru a deveni mai stricte.

Datorită unei scăderi accentuate a apei din râu la captarea apei industriale din râu. Niprul va reduce semnificativ pagubele produse florei și faunei râului.

Pe capetele conductelor de aspirație sunt instalate noi casete de protecție a peștilor.

Proiectul a dezvoltat o tehnologie avansată de dedurizare a apei clarificate de râu, care permite, pe lângă dedurizarea eficientă, deversarea în canalizare a unei cantități minime de concentrat după spălare și regenerare cu un conținut de cloruri, sulfați și conținut total de sare sub nivelul concentrația maximă admisă pentru rezervoarele de pescuit.

În locul unei camere de clorinare, aceasta este concepută pentru a utiliza o soluție de hipoclorit de sodiu pentru clorurarea primară, instalațiile de radiații ultraviolete de la NPO LIT sunt utilizate pentru tratarea apei de completare pentru sistemele de circulație ale Întreprinderii Unitare de Stat „LPZ”. S-au folosit transformatoare de tip „uscat” mai avansate.

Pentru a încălzi apa limpezită la o temperatură de 15 ° C, se folosesc schimbătoare de căldură economice Alfa Laval Potok.

Dedurizarea apei clarificate este concepută cu ajutorul unităților de osmoză inversă, care permit, în comparație cu filtrele cationice H-Na, reducerea la minimum a cantității de concentrat după spălare și regenerare care conține cloruri, sulfați și conținut total de sare.

Se trimite concentratul din spălarea și regenerarea unităților de osmoză inversă în cantitate de 30 m 3 /h, care conține sulfați până la 100 mg/l, cloruri până la 300 mg/l și conținut total de sare până la 1000 mg/l. la sistemul de canalizare menajeră a Întreprinderii Unitare de Stat „LPZ”.

În locul clorării, la instalațiile NPO LIT, Moscova, a fost adoptată metoda de tratare a apei de completare cu lumină ultravioletă.

Metoda adoptată va exclude eliberarea de clor în atmosferă la răcirea apei circulante în turnurile de răcire ale Întreprinderii Unitare de Stat „LPZ”.

Pentru a obține un grad ridicat de purificare a scurgerii de suprafață, scurgerea pluvială este împărțită cu un perete de beton armat cu ferestre de canalizare în două secțiuni - „murdar” și „curat”. Țevile rotative de colectare a uleiului sunt proiectate de-a lungul peretelui de beton armat, deversând emulsia de ulei într-un puț, din care este pompată periodic pentru eliminare. Fundul scurgerii pluviale este plantat cu cattaile (vegetație acvatică mai înaltă), care elimină aproape toți poluanții din apă.

Resursele de apă.

Apa, ocupând 71% din suprafața Pământului, este cea mai abundentă și valoroasă resursă. Rezervele de apă ale lumii sunt enorme - aproximativ 1389 milioane km 3 . Dacă ar fi distribuite în mod egal, atunci ar fi 280 de miliarde de litri pentru fiecare locuitor al planetei. Cu toate acestea, 97% din resursele de apă provin din oceane și mări unde apa este prea sărată. Restul de 3% este apă dulce. Acestea sunt distribuite după cum urmează:

Apa reprezintă între 50-97% din greutatea tuturor plantelor și animalelor și aproximativ 70% din greutatea corpului uman.

Din toată apa dulce, omenirea poate folosi doar 0,003%, deoarece... fie este puternic poluat, fie se află la adâncimi mari și nu poate fi recuperat la prețuri rezonabile, fie este conținut în aisberguri, gheață polară, în atmosferă și în sol.

Apa este într-un ciclu constant, Fig. 1. Acest proces natural de reciclare are loc până când consumul de apă devine mai intens decât rezervele sale sunt completate și până când volumul de deșeuri este depășit, făcând apa inutilizabilă. Există două surse de apă dulce: apa de suprafață și apa subterană.

Orez. 1. Ciclul apei în biosferă.

Apa de suprafață este apă dulce care curge dintr-o anumită zonă în pâraie, lacuri, mlaștini și rezervoare. Zona din care apa de suprafață, care poate transporta sedimente și poluanți, se varsă în râul principal și afluenții săi se numește deversor sau bazin de drenaj. Dar numai o parte din debitul anual poate fi utilizată.

O parte din scurgerea curge cu o viteză atât de mare încât este imposibil să-l rețină, în timp ce cealaltă parte trebuie lăsată în râuri pentru a menține viața în ele. În anii secetoși, volumul total de scurgere este redus semnificativ.

Apele subterane. O parte din precipitațiile atmosferice se infiltrează în pământ și se acumulează acolo sub formă de apă din sol, umplând porii solului și ai solului. În cele din urmă, cea mai mare parte a umidității solului se evaporă și revine în atmosferă.

Sub influența gravitației, o parte din apă se mișcă mai adânc și umple porii și crăpăturile în straturi de nisip, pietriș și gresie. Zona în care toți porii sunt umpluți cu apă se numește zonă de saturație. Sedimentele permeabile, saturate cu apă, se numesc acvifere, iar apa conținută în ele se numește apă subterană. Dacă rata cu care apa este retrasă dintr-un acvifer depășește rata cu care este stocată, apa subterană va trece de la a fi o resursă lent regenerabilă la o resursă neregenerabilă pe parcursul unei vieți umane.

Apa subterană poate fi fără presiune și presiune. Apele subterane neconfinate se găsesc deasupra unui strat de rocă sau argilă impermeabilă. Pentru colectarea apelor subterane cu curgere liberă se folosesc foraje și puțuri, iar apa este extrasă cu pompe.

Apa subterană sub presiune se formează între două straturi impermeabile (de exemplu, argilă) și se află sub presiune în exces. La deschiderea puțurilor, apa poate curge spontan la suprafață. Astfel de fântâni se numesc fântâni arteziene. În alte puțuri presiunea este mai mică și apa trebuie să fie pompată.

Utilizarea apei. Criteriile de utilizare a apei sunt indicatorii aportului de apă și consumului de apă. Aproape trei sferturi din apa lumii este folosita pentru irigatii, restul este folosita in industrie si utilitati publice, pentru echipamentele de racire din centralele electrice etc.

Cultivarea unei tone de grâu necesită 1.500 de tone de apă, o tonă de orez necesită mai mult de 7.000 de tone, iar o tonă de bumbac necesită 10.000 de tone.

Sunt necesare cantități uriașe de apă pentru producția de alimente și diverse produse industriale. Înainte ca un borcan de un litru de conserve de fructe sau legume să apară în magazin, se vor cheltui 40 de litri de apă. Pentru a produce norma zilnică de hrană per persoană este nevoie de aproximativ 6 m 3 de apă.

Probleme cu apa

Lipsa de apă. Problema furnizării populației cu o cantitate suficientă de apă dulce este relevantă pentru multe zone ale lumii. În fiecare an, aproximativ 25 de milioane de oameni suferă de secetă, dintre care aproximativ 20 de mii mor. Secete severe, care duc la foamete și boli, apar periodic în 80 de țări, majoritatea în Asia și Africa, care găzduiesc 40% din populația lumii. Aproape 150 dintre cele 214 cele mai mari râuri ale lumii sunt împărțite de două sau mai multe țări. În aceste state apar dispute și conflicte cu privire la utilizarea apei.

Excesul de apă. Precipitațiile în exces duc la inundații. În India, de exemplu, 90% din precipitații cad din iunie până în septembrie. În anii 1980, aproximativ 15 milioane de oameni au fost afectați de inundații severe. Aproximativ 5.000 de oameni au murit anual, iar pagubele materiale s-au ridicat la zeci de miliarde de dolari. Inundațiile și secetele sunt considerate dezastre naturale. Cu toate acestea, începând cu anii 1960, activitatea umană a fost responsabilă pentru creșterea bruscă a numărului de decese cauzate de inundații. Distrugerea vegetației și a solurilor care rețin umiditatea, construcția de drumuri și alte structuri contribuie la drenarea rapidă a apei pluviale.

Apă de băut contaminată. În 1983, Organizația Mondială a Sănătății (OMS) estima că 61% din populația rurală și 26% din populația urbană din țările în curs de dezvoltare, i.e. 1,5 miliarde de oameni folosesc apă murdară. În fiecare an, aproximativ 5 milioane de oameni mor din cauza holerei, dizenteriei și a altor boli transmise de apă (în medie 13.700 de persoane pe zi).

Principalele surse de poluare a apei. Din volumul total de apă extras, doar 1/4 este folosită irevocabil, 3/4 din apă este returnată cu apă uzată. Chiar și după tratare, apele uzate trebuie diluate cu apă curată. În întreaga lume, 5500 km 3 de apă curată sunt cheltuiți pentru eliminarea apelor uzate, adică. 30% din scurgerea planetei. Principalele surse de poluare a apei sunt prezentate în Fig. 2

Poluarea poate fi împărțită în mai multe grupuri. În funcție de starea lor fizică - insolubil, coloidal și solubil. Compozitie: minerala, organica, bacteriana si biologica.

Mineralele sunt reprezentate de nisip, argilă, săruri minerale, soluții de acizi, alcaline etc.

Organic - poate fi de origine vegetală sau animală, și conține, de asemenea, ulei și produse derivate din acesta, agenți tensioactivi sintetici (surfactanți).

Poluarea bacteriană și biologică - ape uzate din întreprinderile alimentare și din industria uşoară, ape uzate menajere (scurgeri de la toalete, bucătării, dușuri, spălătorii, cantine etc.). La multe întreprinderi industriale, apa este folosită ca lichid de răcire, solvent, este inclusă în produse și este folosită pentru spălarea, îmbogățirea și purificarea materiilor prime și a produselor.

În plus, multe procese tehnologice folosesc surfactanți sintetici (surfactanți). În prezent este unul dintre cei mai comuni poluanți chimici și este greu de controlat. Agenții tensioactivi pot avea un impact negativ asupra calității apei, asupra capacității de auto-purificare a corpurilor de apă, a corpului uman și, de asemenea, pot spori efectele adverse ale altor substanțe.

O sursă importantă de poluare sunt pesticidele care intră în corpurile de apă odată cu ploaie și topesc apa de la suprafața solului. În timpul cultivării în aer a câmpurilor, drogurile sunt transportate de curenții de aer și depuse pe suprafața rezervorului.

O sursă semnificativă de poluare a corpurilor de apă cu petrol și produse petroliere este industria petrolului. Uleiul intră în corpurile de apă atunci când produsele petroliere vărsate pe suprafața pământului sunt spălate de ploaie și apa de topire, atunci când conductele de petrol se sparg, cu apele uzate de la întreprinderi etc.

Ploaia acidă reprezintă un mare pericol pentru corpurile de apă.

Influența uleiului asupra unui rezervor.

Apele uzate care conțin ulei tratate slab contribuie la formarea unei pelicule de ulei de 0,4-1 mm grosime pe suprafața rezervorului.

O tonă de petrol poate acoperi între 150 și 210 de hectare dintr-un rezervor. În prezența unei pelicule de ulei, cantitatea de oxigen dizolvată în apă scade brusc, deoarece oxigenul conținut în apă este cheltuit pentru oxidarea produselor petroliere, iar noua porțiune nu se dizolvă.

O scădere a O2 are un efect dramatic asupra vieții organismelor și a peștilor. Scăderea respirației peștilor se observă la un conținut de O2 de 4,5 mg/l, iar unii chiar la 6-7,5 mg/l.

Din pelicula de ulei de pe suprafața unui rezervor, fracțiile ușoare se evaporă, fracțiile solubile în apă se dizolvă în apă, iar fracțiile grele se lipesc de particulele solide suspendate în apă și se depun pe fund și se acumulează acolo.

Reziduurile grele care s-au scufundat la fund continuă să deprima durata de viață a rezervorului: unele dintre ele se descompun la fund, poluând apa cu produse de degradare solubile, iar altele sunt din nou transportate la suprafață cu gazele eliberate din fund. Fiecare bulă de gaz de fund, care iese la suprafața apei, izbucnește, formând o pată de petrol.

Formarea sedimentului de fund duce la otrăvirea zoo- și fitoplancton, care servește ca hrană pentru pești.

Uleiul și produsele petroliere conferă apei un miros și un gust uleios, drept urmare apa din rezervor devine nepotrivită pentru alimentarea cu apă.

Daca in apa sunt 0,2-0,4 mg/l ulei, apa capata un miros uleios, care nu se elimina nici prin filtrare si clorinare. Mirosul de ulei parcurge distanțe mai mari decât orice alt poluant.

Fracțiunile ușoare de ulei, în special hidrocarburile aromatice, sunt cele mai toxice pentru pești. Ele sunt capabile să se acumuleze în țesuturile peștilor și, atunci când intră în corpul uman, provoacă formarea unui complex proteic cancerigen în celulele adipoase. Alevinii eclozați din ouăle de pești contaminați au tulburări mutagene (absența branhiilor, două capete etc.)

Protecția hidrosferei implică purificarea apelor de suprafață și protecția împotriva epuizării apelor dulci subterane. Principala sursă de poluare este apele uzate (industriale, municipale etc.). Există diferite metode de purificare a apei, care sunt adesea folosite în combinație la stațiile speciale de epurare (Fig. 12).

Curățare mecanică presupune sedimentarea și filtrarea materiei în suspensie. Curățare chimică efectuează neutralizarea sau oxidarea reactivilor toxici. La fizico-chimic purificarea apei folosește coagularea (lipirea particulelor), flotarea (trecerea aerului prin apele uzate, ale căror bule sunt captate de tensiunea superficială a agenților tensioactivi, ulei, uleiuri și alte substanțe. tratament biologic microorganismele așa-numitului „nămol activ” sunt utilizate - bacterii, ciliați, mucegai, drojdii, rizomi, rotifere etc. - în câmpurile de irigare, iazurile biologice, în canalele de oxidare în circulație și alte corpuri de apă. După limpezirea apelor uzate ca urmare a epurării biologice, apa este dezinfectată cu compuși ai clorului pentru a distruge agenții patogeni.

Măsurile de protejare și refacere a apelor subterane sunt mult mai complicate și mai costisitoare. Pentru a reglementa utilizarea apelor subterane se determină cantitatea rezervelor, amplasarea rațională a captărilor de apă și alte măsuri preventive. Cea mai importantă măsură de prevenire a poluării apelor subterane este zone de protectie sanitara, formată din trei centuri: o centură de securitate strictă (30-50 m) (toate lucrările și persoanele neautorizate sunt interzise), o centură de protecție împotriva contaminării bacteriene și o centură de protecție împotriva contaminării chimice (determinată prin calcule speciale).

Figura 12. Schema de funcționare a stației de epurare

III. Protecția litosferei

Protejarea solurilor de degradarea progresivă este cea mai presantă dintre toate problemele litosferei (am vorbit despre aceasta în Lectura 18). Pentru a combate eroziunea, se utilizează un set de măsuri: agricultura cu benzi(protecția câmpului și centuri forestiere de reglare a apei), asolamentele de protecție a solului, împădurirea ravenelor, sistemele de cultivare a solului fără plug etc. Pentru prevenirea poluării cu pesticide, nu se folosesc metode de protecție a plantelor în mod deosebit de persistente; În SUA și într-o serie de țări din Europa de Vest a fost organizat un sistem de agricultură ecologică, în care este exclusă utilizarea pesticidelor și a îngrășămintelor minerale (în SUA sunt peste 30 de mii de ferme).

Pentru refacerea zonelor deranjate se folosește recuperare. Recuperare tehnicăînseamnă pregătirea prealabilă a zonelor perturbate - amenajarea, transportul și aplicarea solurilor fertile, rambleul săpăturilor etc. Remediere biologică efectuate în urma lucrărilor tehnice de creare a acoperirii vegetale. De exemplu, este foarte greu să revendicați terenuri contaminate cu petrol, pentru că... au biota epuizată și conțin hidrocarburi cancerigene precum benzopirenul, deci se folosește un set de măsuri - afânarea și aerarea solului, se introduc bacterii care distrug hidrocarburile, se plantează ierburi special selectate etc.

O problemă de mediu a secolului XX a fost problema eliminării deșeurilor solide. Deșeurile menajere și industriale trebuie eliminate diferit. Sunt cunoscute următoarele metode de prelucrare deșeuri solide municipale (DSM): 1) gropi de gunoi (depozite); 2) compostare (pentru a produce îngrășăminte); 3) sortarea, reciclarea și reciclarea componentelor valoroase; 4) arderea în instalaţii de incinerare a deşeurilor; 5) fermentare (producerea de biogaz din deșeuri animale etc.); 6) piroliza (încălzire la 1700 0 C fără acces la aer).