Водные ресурсы l Лекция 2 Проблемы забора

Водные ресурсы l Лекция 2

Проблемы забора воды для нужд человека • Дефицит воды. • Избыток воды • Антропогенное загрязнение воды • Загрязнение питьевой воды • Засоление и заболачивание почвы

Антропогенное загрязнение воды. l Для природных вод характерны следующие катионы: Са 2+, Mg 2+, и анионы: СО 32 -, НСО 3 -, SO 42 -, Cl-, Br- (для морской воды). Ни тяжелых металлов, ни органических высокомолекулярных соединений нет. l В результате антропогенной деятельности в водоемы поступают ионы тяжелых металлов. l Источники: гальванические и металлургические производства, химические средства защиты растений (пестициды, гербициды и др. ).

l Проблема тяжелых металлов в природных водах – накопление в трофических цепях. l Самый яркий пример – болезнь Миномато (залив в Японском море, жители которого пострадали первыми). l — заболевание человека и животных, вызываемое ртутьорганическими соединениями в результате употребления в пищу рыбы или др. продуктов моря, загрязненных ртутью. Проявляется в основном в виде нервно-паралитических расстройств ( головные боли, паралич, мышечная слабость, потеря зрения, иногда кома ).

Миномато l В залив впадает река, по берегам которой есть два завода – один производит ацетилен (использует ртуть как химический реагент), выбросов от него практически не было, второй завод занимался органическим синтезом, и тоже практически ничего не сбрасывал в реку (в микроколичествах присутствовали галоген-производные – CH 3 J).

Миномато l Когда металлическая ртуть и йод-метан попали в воду, то под воздействием микроорганизмов ртуть из нерастворимой формы и поэтому малоопасной формы перешла в Hg+ или Hg 2+, в результате образовалось растворимая форма – метил-ртуть (CH 3 Hg (I), CH 3 Hg+ (II)). l Эти соединения поступили в залив, прошли по трофической цепи планктон – рыбы - рыбаки, и все 3 тысячи человек, которые жили в деревне на берегу, получили болезнь Миномато – заболевание нервной системы, сходное с болезнью Паркинсона – человек не может координировать свои движения.

Болезнь Миномато l – в волосах больных людей содержание ртути достигало 500 ppm или 0, 5 г на 1 кг, в то время как средняя фоновая концентрация ртути по Японии составляла 5 ppm. l В крови больных можно было обнаружить от 70 до 900 мг ртути на 1 л (1 кг) крови. Концентрация ртути в крови коррелировала с концентрацией ее в волосах (прямая зависимость). l Это случилось в середине 60 -х гг, и, чтобы доказать, что вред, нанесенный здоровью жителей, был именно от сбросов этих двух заводов, потребовалось 20 лет. Именно столько шел судебный процесс. l С тех пор контроль за содержанием ртути в морепродуктах очень жесткий во всем мире.

l Другой случай, при котором серьезно пострадали люди из-за загрязнения окружающей среды ртутью, произошел в 80 -х гг в США, Онтарио, на одном из Великих озер. Там располагался завод по производству хлора. l Хлор получают электролизом хлорида натрия, при этом в качестве катода используется металлическая ртуть. Произошло сильное ртутное загрязнение территории, на которой проживало племя индейцев. l В 1986 году они выиграли процесс в суде, и получили в качестве компенсации 8 миллионов долларов.

Конвенция Миномато l 19 января 2013 года в Женеве на пятом заседании Межправительственного переговорного комитета (INC 5) представители 140 государств мира (включая Российскую Федерацию) согласовали глобальный юридически обязывающий документ, направленный на сокращение мировых выбросов ртути. Соглашение, названное Конвенция Миномато, обеспечит к 2020 году сокращение производств, на которых применяются технологические процессы с использованием ртути, а также ограничит изготовление, импорт и экспорт продукции, содержащей это опасное вещество.

Область действия новой Конвенции по введению мер контроля и снижения обращения и выбросов ртути распространяется на следующее: Продукция производство, экспорт и импорт будут запрещены к 2020 году: l Батареи электропитания, за исключением аккумуляторов таблеточного типа, используемых в имплантируемых медицинских устройствах; l Переключатели и реле; l Некоторые типы компактных люминесцентных ламп; l Ртутьсодержащие флуоресцентные лампы с холодным катодом и флуоресцентные лампы с наружными электродами; l Мыло и косметика; l Некоторые медицинские устройства, например, термометры и приборы измерения артериального давления; однако были сделаны исключения для некоторых крупных измерительных приборов, для которых на сегодняшний день нет альтернатив использованию ртути.

Основные источники загрязнение ртутью территории России l Наибольшую проблему поступления техногенной ртути в окружающую среду представляет регион Приангарье Иркутской области. l Всего за годы своей деятельности АО “Усольехимпром” и ОАО “Саянскхимпром” израсходовали 3262 т ртути. l Из этого количества более 40 т вместе со стоками непосредственно были сброшены в водохранилище и примерно 75 т попало в атмосферу, откуда также впоследствии частично перешло в Братское водохранилище. l Концентрация ртути в воздухе Усолья-Сибирского очень часто превышает допустимый уровень. В отдельных случаях наблюдалось превышение ПДК в 4, 7 раза. l

Основные источники загрязнение ртутью территории России l Производство по выпуску каустической соды и хлора ртутным методом, применяется метод каталитического гидрохлорирования ацетилена (ртуть поступает в производство в виде катализатора, представляющего собой активированный уголь, пропитанный двухлористой ртутью Hg. Cl 2 (10— 15 %)) l Мокрый способ производства цемента l Переработки сырья и концентратов на предприятиях цветной металлургии l Захоронение ртути в количествах, измеряемых сотнями тонн (ОАО «Саянскхимпром» , ОАО «Усольехимпром» , ОАО «Архангельский ЦБК» ;

Загрязнение морской среды углеводородами

Даже небольшое количество нефти, разлитое по поверхности воды, способно покрыть очень большую территорию. Последствия попадания нефти в окружающую среду таковы : l 1) Изменяется коэффициент обмена между атмосферой и водой, затруднен газообмен – кислород не растворяется в воде, а продукты метаболизма морских организмов не могут выходить в атмосферу. l 2) Углеводороды используются как экстрагенты для извлечения из руд редких металлов, например, урана. Извлекая металл из смеси, используют жидкости, которые не смешиваются с основной массой. При этом соли тяжелых металлов концентрируются в углеводородной части. l При разливе нефти по водной поверхности все тяжелые металлы переходят в нефтяную пленку. В конце концов она окисляется (под действием микроорганизмов, солнечного излучения), переходит в битум, который, будучи тяжелее воды, опускается на дно. Битум уносит тяжелые металлы на дно, где они накапливаются в телах моллюсков. l 3) Нефтяное загрязнения способствует появлению фотохимического смога над океаном. Там есть все условия для его образования – солнце, углеводороды, практически не бывает дождя (над океаном нет ядер конденсации, как над сушей). Нужны еще оксиды азота. l 4)Гибель птиц, рыбы, морских обитателей l Наибольшее загрязнения нефтепродуктами наблюдается в Средиземном море, т. к. там раньше всего начали добывать нефть.

Эфтрофикация (эвтрофикация)водоемов. l повышение биологической продуктивности водных экосистем в результате накопления в воде биогенных элементов естественного или антропогенного происхождения. Обогащение водоема биогенными элементами (N, Р и др. ), поступающими со сточными водами, а также с поверхностным стоком с удобряемых полей, приводит к “цветению” воды и к резкому ухудшению ее качества. эфтрофикация – природный процесс. Проблема в промежутках времени, за которые она происходит в естественных условиях и при антропогенном воздействии (столетия и дни).

пример эфтрофикации – озеро Севан l. Это самый большой пресный водоем Армении, однако роза ветров в этом районе такова, что испарения в него ветер сносит в Турцию, и дожди выпадают там. Чтобы навредить туркам, было решено понизить уровень Севана на 10 метров, при этот испарения в его поверхности сократятся и в Турции будет выпадать меньше дождей. Не удалось осуществить проект полностью, уровень воды понизили только на 2 -3 метра (60 -е гг). Однако и этого было достаточно, чтобы пороговый потенциал для азота и фосфора был достигнут, началась эфтрофикация водоема, и как результат – гибель форели, обитавшей в Севане.

l Первый экологический судебный процесс был в 1950 году – "устрицы против уток". Фермы по разведению уток и другой домашней птицы – источник азота и фосфора, отходы от них поступали в расположенный поблизости залив. Началась эфтрофикация водоема, условия стали анаэробными, и в больших количествах развелись сине-зеленые водоросли. В заливе были устричная ферма, и вскоре все устрицы погибли. Когда их вскрыли, оказалось, что они "забиты" сине-зелеными водорослями. Устрицы не способны переваривать сине-зеленые, что и послужило причиной их гибели. Владелец устричной фермы подал в суд на владельца утиной, и выиграл дело.

БИОГЕНЫ - нитрат, фосфат калий - ионы: l Удобрения l Отходы животноводства l Отходы домашних животных l Отходы человека l Кислые дожди l Фосфат- содержащие моющие средства.

Питьевая вода. параметры качества. l Соленость l Цветность l Запах l Сoli –титр l Интегральная характеристика загрязненности 1. химическая потребность в кислороде 2. биологическая потребность в кислороде.

Соленость или общая минерализация l Общая минерализация представляет собой суммарный количественный показатель содержания растворенных в воде веществ. , которые находятся именно в виде солей. К числу наиболее распространенных относятся неорганические соли l бикарбонаты, l хлориды l сульфаты кальция, магния, калия и натрия l небольшое количество органических веществ, растворимых в воде

Классифиция по солесодержанию l 0, 2 г/л l 0, 2 -0, 5 l 0, 5 -1 l l l 1 -3 3 -10 10 -35 35 -50 50 -400 ультрапресная с относительно повышенной минерализацией солоноватая соленая с повышенной соленостью переходная к рассолам рассолы в природе не существует

Цветность. l Определяется по отношению к эталону и измеряется в градусах цветности. Эталоном является раствор соли платины (K 2 Pt. Cl 6) такой концентрации, когда в 1 мл воды содержится 0, 1 мг платины.

Цветность. l Максимальная цветность питьевой воды составляет 20 градусов, l цветность средней природной воды 35 -55 градусов, l но есть вода и с цветностью 200 градусов (болото). l Цветность природной воды связана с растворенным органическим веществом – гумусовыми кислотами и с железом Fe 2+/Fe 3+.

Цветность. l Практически любую природную воду, перед тем, как пить, нужно обесцвечивать – очищать. l Одно из самых эффективных средств очистки – Al 2(SO 4)3, который при диссоциации образует гидрооксид алюминия Al(OH)3 – объемный осадок, на который сорбируются железо и гумусовые кислоты.

Запах l Определяется органолептически, специального прибора нет. Измеряется в градусах.

Coli-титр l Кишечная палочка – один из простейших живых организмов, находится в кишечнике любого человека. l Количество кишечных палочек в 1 мл воды – показатель бактериальной загрязненности. В норме их количество не должно превышать 4 шт/л

Coli-титр содержание кишечной палочки на потенциальная возможность к 100 мл воды использованию менее 1 до 4 безопасно для жизни более 4 требует принятия мер менее 2300 можно купаться 10000 и более только на лодке

Интегральная характеристика загрязненности l а) Химическая потребность в кислороде Это количество кислорода, необходимое для окисления примесей в 1 литре сточной воды, когда окисление происходит химическим путем. Для определения ХПК проводят окисление примесей перманганатом калия (KMn. O 4) при нагревании, затем количество перманганата, израсходованного на окисление, пересчитывают на количество кислорода. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования величина ХПК не должна превышать 15 мг. О 2/дм 3.

Интегральная характеристика загрязненности l б) Биологическая потребность в кислороде Это количество кислорода, необходимое для окисления примесей в 1 литре сточной воды, когда окисление происходит биологическим путем, за счет деятельности микроорганизмов.

Уровень обеспечения территории РФ проточной водой из поверхностных источников

Объемы воды, зaбирaемой из природных водных объектов для хозяйственно-питьевых, производственных и прочих (полив, зaкaчкa в сквaжины и др. ) нужд

плотины, водохранилища + l Улучшение водообеспеченности населения в засушливое время года l Снижение риска наводнений l Регулируется запас воды для орошения l Гидроэлектростанции l Место отдыха

плотины, водохранилища ___ l Дорого l Затопление земель (уменьшение плодород с/з, деревни, города, ушедшие под воду. l Переселение людей l Подъем грунтовых вод ведет к заболачиванию земель l Увеличение вероятногости землятресений l Препятствие миграции рыб, уничтожение нерестилищ l Задержка ила.

Возможности сохранения и вторичного использования воды Сельское хозяйство (большое испарение) Совершенствование систем: l дождевальные системы (в 5 -6 раз меньше воды) l капельное орошение (Израиль) с 1950 г. Израиль уменьшил потери воды при орошении на 84% увеличив площадь орошаемых земель на 44%. l выращивание новых гибридных сортов, требующих меньше влаги. l Гидроизоляция дна и стенок каналов l удобрения с отдачей влаги

Возможности сохранения и вторичного использования воды Промышленность l Внедрение новых технологий, требующих меньше воды l Введение замкнутой системы по воде

ванна 130 л душ 19 л/мин стиральная машина 72 -170 л мытье посуды ручное 40 л машина 46 л смыв туалета 11 л

Василий Перов «Чаепитие в Мытищах»

Водоснабжение города Москвы l Источники водоснабжения: Москва-река и Волга l 13 водохранилищ l 4 гидротехнических узла l 4 станции водоподготовки: Рублевская, Восточная, Северная, Западная суммарной мощностью 6, 7 млн. куб. м воды в сутки l 18 насосных станций и регулирующих узлов l Более 10 тыс. км сетей

Водоснабжение города l Качество питьевой воды контролируется по 180 показателям и соответствует российским нормативам l Количество обслуживаемого населения 11 млн. жителей Москвы и Московской области

Москва использует два независимых источника водоснабжения Ø Волжский(71%) Ø Москворецкий(26%), Ø подземные воды(3%) Ø т. е. практически полностью снабжается водой из поверхностных источников, расположенных на территории Московской, Смоленской и Тверской областей. Общее водопотребление 3 км 3/год на одного человека

Источники водоснабжения l Волжский источник включает в себя Иваньковское водохранилище, l канал им. Москвы и водохранилища : Икшинское, Пестовское, Пяловское, Клязьминское, Учинское. l Волжская вода поступает на Северную и Восточную водопроводные станции

Источники водоснабжения l В состав Москворецкого источника входят Можайское, Рузское, Озернинское, Истринское водохранилища и l реки Москва, Руза, Озерна, Истра как тракты водоподачи. l l Москворецкая вода поступает на Рублевскую и Западную водопроводные станции.

Источники водоснабжения l Объединяет эти источники Вазузская гидротехническая система, состоящая из Вазузского, Яузского, Верхне. Рузского водохранилищ и каналов Гжать-Яуза, Яуза-Руза. l Переброска воды может осуществляться как в р. Москву через р. Рузу, так и непосредственно в р. Волгу через Зубцовский гидроузел

Источники водоснабжения l Площадь водосбора Москворецко. Вазузской водной системы равна 15 тыс. км 2, l Волжской - 40 тыс. км 2.

Особенности водного хозяйства Московского региона l ограниченность водных ресурсов, что влечет за собой привлечение дополнительных источников водоснабжения, находящихся на расстоянии 150– 200 км от Москвы;

Особенности водного хозяйства Московского региона Водоемы одновременно используются l для хозяйственно-бытовых l и культурно-бытовых целей, l судоходства, l выработки электроэнергии, l сельскохозяйственного орошения, l приема сточных вод;

Особенности водного хозяйства Московского региона l стабилизация загрязнения водоемов, в том числе источников питьевого водоснабжения; l рост численности населения и растущие потребности москвичей в использовании водоемов для отдыха

Рублевская станция водоподготовки l Станция пущена в эксплуатацию в 1903 году l За более чем 100 -летний период работы сооружения станции неоднократно реконструировались. l На одном из новых блоков внедрена современная технология подготовки питьевой воды с применением озонирования и сорбции на активном угле l В настоящее время ее мощность составляет 1, 68 млн. куб. м в сутки. l Станция подает питьевую воду в западную и северозападную части города.

Восточная станция водоподготовки l Станция введена в эксплуатацию в 1937 году одновременно с каналом им. Москвы. l В 1975 году на станции построена установка по озонированию воды, которая позволяет, при необходимости, озонировать весь объем воды, обрабатываемый на станции. l Производительность станции – 1, 4 млн. куб. м в сутки. l Вода подается, в основном, в восточные и юго-восточные районы города.

Северная станция водоподготовки l Станция начала работать в 1952 году. l Ее мощность составляет 1, 92 млн. куб. м в сутки. l Станция обеспечивает питьевой водой северную часть столицы и Зеленоград. l

Западная станция водоподготовки l Станция начала подавать в город воду в 1964 году, обеспечивая водоснабжение южных и юго-западных районов. l Производительность станции – 1, 7 млн. куб. м в сутки.

Юго-Западная водопроводная станция l введена в эксплуатацию в декабре 2006 года l Новая станция мощностью 250 тысяч кубометров воды в сутки создана не для увеличения объемов подачи воды, а, прежде всего, для получения воды нового качества. l Технологическая схема очистки воды ЮЗВС, кроме традиционных стадий осветления и обеззараживания, включает двухступенчатое озонирование с использованием активированного угля и впервые в Москве, да и во всей России - мембранное фильтрование. l Такая ультрасовременная технология исключит попадание в питьевую воду токсичных органических соединений, болезнетворных микроорганизмов паразитарной, бактериальной и вирусной природы, а также обеспечит ее полную дезодорацию (удаление запаха).

l Зал мембранных фильтров ЮЗВС l Новый блок Люберецких очистных сооружений с удалением азота и фосфора

Водоснабжение г. Зеленограда l обеспечивается из двух водоисточников: артезианских скважин и водовода от Северной станции водоподготовки. Общая мощность водопровода г. Зеленограда – 120 тыс. куб. м в сутки, в том числе: мощность артскважин – 30 тыс. куб. м в сутки, мощность водовода – 90 тыс. куб. м в сутки.

Технология подготовки питьевой воды l Все водопроводные станции работают по классической двухступенной схеме очистки воды, l 1 стадия: коагулирование и осветление воды в отстойниках и фильтровании через кварцевый песок. l 2 стадия: Обеззараживание хлором с добавлением аммиаксодержащего реагента для обеспечения надлежащего санитарного состояния протяженной распределительной сети, независимо от наличия в технологической схеме озонирования воды.

Технология подготовки питьевой воды l Такая практика типична не только для Москвы, но и для многих крупных городов мира (Париж, Лондон и др. ), имеющих протяженную водопроводную сеть. l Это связано с сильными бактерицидными свойствами связанного хлора, длительное действие которого позволяет поддерживать городскую водопроводную сеть в надлежащем санитарном состоянии.

Контроль качества питьевой воды l в системе централизованного водоснабжения Москвы осуществляется по всему пути движения воды от верховий источников водоснабжения до кранов потребителей. В контроле качества задействованы 10 лабораторий Мосводоканала, которые ежесуточно выполняют около 5 тысяч анализов.

Контроль качества питьевой воды l Определение основных показателей качества воды производится в постоянном режиме автоматическими анализаторами. l Всего выполняется определение около 150 физико-химических и 20 биологических показателей качества воды. Результаты анализов автоматически передаются в систему социальногигиенического мониторинга города.

Контроль качества питьевой воды l Территориальные управления Роспотребнадзора, как государственные надзорные организации, также осуществляют регулярный контроль качества питьевой воды как на выходе водопроводных станций, так и в городской распределительной сети.

Качество питьевой воды за 14 марта 2016 г Станции водоподготовки Единица изме рени я Нормат ив 1, 5 Северная 0, 2 20 град. 12 7 9 4, 1 4, 2 2, 6 2, 8 1, 11 1, 0 1, 13 0, 99 отсутствие отсутств ие мг/л Цветность 12 0, 8 -1, 2 Мутность Восточная 0, 2 Западна я 0, 2 5, 0 Показатели качества Рублевска я 0, 1 Перманганатная окисляемость Хлор остаточный связанный Общие колиформные бактерии Термотолерантные колиформные бактерии мг/л КОЕ в отсутствие 100 е мл КОЕ в отсутствие 100 мл отсутствие

За сутки используется в Москве l 6, 2 млн. м 3 , в т. ч. l 1, 3 млн. м 3 - промышленность l 60 тыс. м 3 – утечки по странам и городам (л/день на человека) v v v v Германия 125 США 400 Москва 400 Санкт-Петербург 300 Лондон 170 Париж 160 Брюссель 85