2. Последствия загрязнения гидросферы.
Загрязнение водных экосистем представляет огромную опасность для всех живых организмов и, в частности, для человека. Установлено, что под влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается падение их устойчивости вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других крайне неблагоприятных процессов. Они снижают темпы роста гидробионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их гибели. Наиболее изучен процесс эвтрофирования водоемов.
Эвтрофизация – обогащение водоема биогенами, стимулирующее рост фитопланктона. От этого вода мутнеет, гибнут растения, сокращается концентрация растворенного кислорода, задыхаются обитающие на глубине рыбы и моллюски. Этот естественный процесс, характерный для всего геологического прошлого планеты, обычно протекает очень медленно и постепенно, однако в последние десятилетия, в связи с возросшим антропогенным воздействием, скорость его развития резко увеличилась.
Ускоренная, или так называемая антропогенная эвтрофизация связана с поступлением в водоемы значительного количества биогенных веществ — азота, фосфора и других элементов в виде удобрений, моющих веществ, отходов животноводства, атмосферных аэрозолей и т. д. Разрушение Балтийского моря происходит в результате процесса эвтрофизации (обогащения водоема биогенами, стимулирующими рост фитопланктона). Эта форма загрязнения характерна для водных пространств, в которых вода обновляется медленно. Таким является и практически закрытое Балтийское море. Эвтрофизация возникает тогда, когда море получает слишком много питательных веществ. Эти вещества, в данном случае фосфор и азот, присутствующие в природе, также имеются в удобрениях и продуктах бытовой химии. Водоросли усваивают их и начинают стремительно размножаться. Одно из последствий этого "взрывного" размножения, все чаще наблюдаемого в летние месяцы, - исчезновение кислорода из глубинных вод. Балтийское море имеет печальную репутацию самого загрязненного моря на планете. Судоходство здесь самое интенсивное в мире, и некоторые породы рыбы, которые здесь вылавливают, в частности сельдь и семга, запрещены к экспорту в страны Европейского союза. Процессы антропогенной эвтрофизации так же охватывают многие крупные озера мира — Великие Американские озера, Балатон, Ладожское, Женевское и др., а также водохранилища и речные экосистемы, в первую очередь малые реки.
Помимо избытка биогенных веществ на пресноводные экосистемы губительное воздействие оказывают и другие загрязняющие вещества: тяжелые металлы (свинец, кадмий, никель и др.), фенолы, СПАВ и др. Так, например, водные организмы Байкала, приспособившиеся в процессе длительной эволюции к естественному набору химических соединений притоков озера, оказались неспособными к переработке чуждых природным водам химических соединений (нефтепродуктов, тяжелых металлов, солей).
Скорости поступления загрязняющих веществ в Мировой океан в последнее время резко возросли. Ежегодно в океан сбрасывается до 300 млрд. м3 сточных вод, 90% которых не подвергается предварительной очистке.
Все более острый характер приобретают проблемы эвтрофирования и микробиологического загрязнения прибрежных зон океана. В связи с этим важное значение имеет определение допустимого антропогенного давления на морские экосистемы, изучение их ассимиляционной емкости как интегральной характеристики способности биогеоценоза к динамическому накоплению и удалению загрязняющих веществ.
Для здоровья человека неблагоприятные последствия при использовании загрязненной воды, а также при контакте с ней (купание, стирка, рыбная ловля и др.) проявляются либо непосредственно при питье, либо в результате биологического накопления по длинным пищевым цепям типа: вода — планктон — рыбы — человек или вода — почва — растения — животные — человек, и др. При непосредственном контакте человека с бактериальной загрязненной водой, а также при проживании или нахождении близ водоема различные паразиты могут проникнуть в кожу и вызвать тяжелые заболевания, особенно характерные для тропиков и субтропиков. В современных условиях увеличивается опасность и таких эпидемических заболеваний как холера, брюшной тиф, дизентерия и др.
Серьезнейшая экологическая проблема — восстановление водности и чистоты малых рек (т. е. рек длиной не более 100 км), наиболее уязвимого звена в речных экосистемах. Именно они оказались наиболее восприимчивыми к антропогенному воздействию. Непродуманное хозяйственное использование водных ресурсов и прилегающих земельных угодий вызвало их истощение (а нередко и исчезновение), обмеление и загрязнение. В настоящее время состояние малых рек и озер, особенно в европейской части России, в результате резко возросшей антропогенной нагрузки на них, катастрофическое. Сток малых рек снизился более чем наполовину, качество воды неудовлетворительное. Многие из них полностью прекратили свое существование.
3. Этапы очистки.
Санитарная канализационной системы объединяет все сточные трубы от расположенных в зданиях раковин, ванн и т.д., как ствол дерева объединяет все его ветви. Из основания этого «ствола» вытекает смесь всего, что попало в систему, - исходные сточные воды. Так как мы используем огромный объем воды для удаления мизерных количеств отходов или просто льем ее без особой нужды, в первичных стоках на каждую часть отходов приходится примерно 1000 частей воды, т.е. в них 99,9% воды и 0,1% отходов. С добавлением ливневых вод разбавление еще более увеличивается. Но отходы или загрязнители первичных стоков имеют огромное значение. Их подразделяют на три категории.
Мусор и песок. Мусор – это тряпки, пластиковые пакеты и прочие предметы, попадающие в систему из туалетов или через ливнестоки, если те еще не отделены. К песку условно относят и гравий; их приносят в основном ливнестоки.
Органическое вещество, или коллоиды. Это как живые организмы, так и неживая органика экскрементов, пищевых отходов и волокон тканей и бумаги. Термин коллоиды означает, что этот материал не оседает, а обычно остается взвешенным в воде.
Растворенные вещества. Это в основном биогены, такие как соединения азота, фосфора и калия из продуктов жизнедеятельности, обогащенные фосфатами из детергентов.
Чтобы очистка была полной, водоочистные сооружения должны устранить все названные категории загрязнителей. Мусор и песок удаляются на этапе предочистки.
Сочетание первичной и вторичной очистки позволяет избавиться от коллоидного материала. Растворенные биогены устраняются при помощи доочистки.
Необходимо также иметь в виду, что обработка стоков в каждом конкретном случае не обязательно должна включать в себя все четыре этапа. Чаще всего они дополняют друг друга в зависимости от обстоятельств. Следовательно, в некоторых местах в водоемы все еще сбрасывают просто исходные стоки, в других - осуществляют только первичную их очистку, кое-где проводят вторичную, и лишь немного городов осуществляет доочистку водостоков.
Предочистка. От мусора избавляются, пропуская исходные стоки через стержневую решетку, т.е. ряда стержней, расположенных на расстоянии около 2,5 см. друг от друга. Затем мусор механически собирают с решетки и отправляют в специальную печь для сжигания. Очищенная от мусора вода попадает в емкость, напоминающую плавательный бассейн, где движение воды замедляется настолько, что песок оседает; затем он механически извлекается оттуда и вывозится на свалку.
Первичная очистка. После предочистки вода проходит первичную очистку – медленно пропускается через крупные баки, называемые первичными отстойниками. Здесь она в течение нескольких часов остается почти неподвижной. Это позволяет самым тяжелым частицам органического вещества, составляющим 30-50% его общего количества, осесть на дно, откуда их собирают. В то же самое время жирные и маслянистые вещества всплывают к поверхности, и их снимают как сливки. Весь этот материал называется ил-сырец. Вода, покидающая первичные отстойники, все еще содержит 50-70% не осевших органических коллоидов и почти все растворенные биогены. Вторичная очистка предусматривает устранение оставшегося органического вещества, но не растворенных питательных элементов.
Вторичная очистка. Эту очистку называют также биологической, так как в ней участвуют живые естественные редуценты и детритофаги, потребляющие органическое вещество и в процессе дыхания превращающие его в воду и углекислый газ. Обычно применяются два типа систем: капельные биофильтры и активный ил. В системах с капельным биофильтром вода разбрызгивается и стекает струйками по слою камней величиной с кулак, толщина которого 2-3 м. Организмы, случайно смытые с биофильтров, позднее устраняются из воды, когда она попадает во вторичные отстойники-емкости, аналогичные первичным отстойникам. С отстоявшимся в них материалом поступают, как и с илом-сырцом. Пройдя первичную очистку и капельные биофильтры, сточные воды теряют 85-90% органического вещества. Все более широкое распространение получает еще один метод вторичной очистки – система активного ила. В этом случае вода после первичной очистки поступает в резервуар, где могли бы разместиться несколько припаркованных друг за другом трейлеров. Смесь детритофагов, называемая активным илом, добавляется в воду, когда та поступает в резервуар. По мере движения создается богатая кислородом среда, идеальная для развития этих организмов. В ходе их питания количество органического вещества, включая патогенные микроорганизмы, уменьшается. Покидая аэрационный резервуар, вода содержит множество детритофагов, поэтому ее направляют во вторичные отстойники. Так как организмы обычно собираются в кусочках детрита, осадить их относительно несложно; осадок представляет собой тот же самый активный ил, который снова закачивают в аэрационный резервуар. Вода очищается от органического вещества на 90-95%. До двух последних десятилетий не ощущалось острой необходимости осуществлять дополнительную очистку воды уже после вторичной. Воду после нее просто дезинфицировали хлоркой и сбрасывали в естественные водоемы. Такая ситуация преобладает и сейчас. Однако по мере обострения проблемы эвтрофизации все больше городов вводят еще один этап - доочистку, устраняющую биогены.