По запасам свободной воды Земля - наиболее "водная" планета Солнечной системы. Весь объем гидросферы превышает 1454 млн км3, из них почти 94% занимает Мировой океан, 4,12% - подземные воды, 1,65% - ледники и 0,0001% - речные воды.
Объем пресной воды гидросферы составляет всего 2% ее общего объема, а с учетом недоступности для использования той части законсервирована в ледниках, - всего 0,3% объема гидросферы.
Важной движущей силой восстановления ресурсов пресной воды является кругооборот воды, взаемоповьязуе все части гидросферы. Круговорот воды часто сравнивают с вечным двигателем, "качает" воду из океана на материки течение миллиардов лет. В планетарном масштабе различают большой и малый круговороты воды. Сущность великого заключается в освобождении части химически связанной воды из горных пород и выделении свободной воды при вулканической деятельности. Следствием этого круговорота течение геологической истории Земли является образование Мирового океана. Малый круговорот происходит гораздо быстрее по такой схеме: испарение - осадки - инфильтрация - сток. Его результатом является непрерывный поверхностный и подземный стоки из материков в океан, пополнения подземных вод, а также сохранения "замороженной" воды в ледниках.
К рациональному использованию водных ресурсов относятся: их экономное расходование, правильное соотношение видов прямого и опосредованного использования, борьба с потерями воды в процессе транспортировки, запрещение некоторых видов промышленного использования питьевой воды. Охрана вод - это система мероприятий (местных, государственных, международных), направленных на использование и воспроизведение водных ресурсов с целью обеспечить удовлетворение потребностей общества и благоприятное воздействие вод на весь природный комплекс. В ее состав входят следующие основные мероприятия:
- Сохранение водоемов;
- Предотвращение качественным изменениям воды и ее количественном уменьшению в регионах;
- Сохранение оптимального соотношения объемов воды в разных физических состояниях (газо-и парообразном, жидком, твердом);
- Сохранение оптимального соотношения объемов грунтовой, подземной, наземной и атмосферной вод;
- Сохранение оптимального круговорота воды в регионах;
- Поддержание на определенном уровне количества осадков. Осуществлять мероприятия по охране вод невозможно без соблюдения основных принципов охраны водных ресурсов, а именно таких:
- Сочетание процессов использования и охраны;
- Увеличение объема и улучшение качества вод, нормированное водопользования;
- Прекращение использования водоемов с целью обезвреживания сточных вод;
- Вода - экономическая категория, продукт, имеющий стоимость;
- Регулирование речного стока, перевод поверхностного стока в подземный и др..
Воспроизведение водных ресурсов включает меры по обеспечению оптимального круговорота воды путем воздействия на элементы природы, обусловливающих этот круговорот (растительность, почвы, атмосфера, температура и т.д.). В процессе круговорота веществ полное восстановление воды океанов происходит через 2600 лет, подземных вод - около 5 тыс. лет, почвенной влаги - 0,9 года, речной и озерной вод - 3,3, а только рек - 0,033 года. То есть, если прекратить загрязнение воды путем ее восстановления, в реке она будет чистой через несколько дней, а в почве - через год.
В океане и подземных водах процесс загрязнения стойкими веществами может длиться много веков после его прекращения. Во многих водоемах интенсивность загрязнения значительно превышает способность воды к самоочищению. Водные ресурсы требуют защиты от природных и антропогенных факторов, отрицательно действующие. Например, слишком интенсивное испарение вследствие высокой температуры воздуха и ветров. Особенно наносит вред водным ресурсам загрязнения отходами социального обмена веществ, выбрасываемых на грунт, в воду и атмосферу. Поэтому среди технических средств защиты водной среды от загрязнения выделяют следующие основные:
- Защита морской среды при эксплуатации судов - очистка и нейтрализация газовых выбросов судовых энергетических установок;
- Мероприятия, направленные на борьбу с разлитой нефтью - механические и биологические методы устранения нефти. В естественных условиях с помощью физических процессов обеспечивается перенос (дрейф) нефти, а путем химических и биологических - для ее разрушения. Известно более 100 видов бактерий, которые окисляют нефтепродукты;
- Очистка хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод заключается в применении механических, химических, физико-химических, биохимических, термических и комбинированных методов. Эффективным по экономии средств и рационального использования водных ресурсов является очистка сточных вод до нормативов, которые существуют для воды в системах оборотного водоснабжения, есть определенный объем воды многократно циркулирует в производстве, а сброс сточных вод минимальное или не происходит вообще * 97.
В Украину с целью систематического наблюдения за водными объектами создана сеть гидрологических и гидрометеорологических станций и постов. Как правило, водоочистные сооружения - это сложные хозяйственные комплексы, где сочетаются различные методы и способы очистки и улучшения качества воды (рис. 7.6). Состав и конструкция этих комплексов определяется прежде всего хозяйственным назначением очистных сооружений. Лучше и совершенно водоочистные мероприятия осуществляются на специальных очистных станциях водопроводных сетей.
Выделяют следующие основные методы очистки воды, освоены на уровне современных технологий:
- Механический (отстаивание) - используется для устранения из воды нерастворимых примесей. В отстойниках оседают тяжелые частицы с плотностью более 1 г/см3, а легкие всплывают на поверхность. С помощью этого метода обеспечивается уменьшение загрязнения взвешенными веществами до 90%, а органическими - до 20%;
- Химический заключается в коагуляции и нейтрализации загрязняющих веществ. Отдельные нерастворимые вещества в процессе коагуляции превращаются в безвредные растворимые соединения. Методы химической очистки позволяют довести степень очистки воды по сумме нерастворимых веществ до 80-85%;
- Физико-химический осуществляется на основе нескольких методов: 1) флотационных - пропускание через сточные воды воздуха, пузырьки которого при поднятии вверх захватывают с собой и выносят из потока воды загрязняющие вещества, 2) сорбций - это способность поглощать загрязняющие вещества и аккумулировать их на своей поверхности, 3) экстракций - введение в сточные воды веществ, которые могут растворять загрязняющие вещества; 4) евапораций - пропускание через нагретую сточную воду водяного пара, 5) ионный обмен - это поглощение загрязняющих веществ в процессе фильтрования через ионные смолы, 6) электролиз - пропускание через сточные воды электрического тока в специальных электролизерных установках. Степень очистки воды по сумме нерастворимых веществ составляет почти 90%;
- Биологический производится путем биологического окисления загрязнений в природных условиях (на полях орошения, в специальных биологических прудах, а также искусственных условиях - биологические фильтры и т.п.). При такой очистки изымается только 10-40% неорганических веществ и практически не изымаются соли тяжелых металлов;
- Биохимический - основной метод очистки сточных вод, загрязненных органическими веществами. Это биофильтры, аэротенки, аэраторы, конструкции которых постоянно совершенствуются.
Все водоохранные мероприятия условно делятся на три вида:
- Профилактические, направленные на предотвращение загрязнения, засорения и истощения вод или их ограничения. Эти меры предусматривают осуществление таких действий, как: 1) разработка схем комплексного использования и охраны водных ресурсов; 2) определение влияния участков, выбранных под застройку, строительство водных объектов, 3) рациональное размещение объектов; 4) совершенствование производства и соблюдения технологической дисциплины;
- Диагностические. Сущность этих мероприятий заключается в выявлении состава и объемов возможного загрязнения вод, а именно, 1) нормирование водоснабжения и водоотведения; 2) нормирования предельно допустимых концентраций различных веществ в водах питьевого, рыбохозяйственного и другого назначения; 3) контроль за сбросом сточных вод и экологическим состоянием водных объектов;
- Процедурные, направленные на устранение загрязнения и неблагоприятного антропогенного воздействия на воду. К таким мероприятиям относятся: 1) организация бессточного производства; 2) применение оборотного водоснабжения, 3) замена водяного охлаждения воздушным, 4) утилизация ценных веществ; 5) очистки снеговых и ливневых вод; 6) наложение штрафных санкций за загрязнение, засорение и истощение вод вплоть до закрытия предприятий согласно действующему законодательству.
Отдельную группу составляют мелиоративные мероприятия, в частности, фитомелиорация - составная схем комплексного использования и охраны водных ресурсов.