Главная / Статьи / Водоснабжение, водопотребление / |
Круговорот воды в природе и охрана водоемов
1 часть, 2 часть статьи
Огромные количества воды, испаряясь, изо дня в день поднимаются в верхние слои атмосферы с поверхности мирового океана. Часть этих испарений возвращается в океан в виде выпадающих над ним атмосферных осадков. Другая же часть, увлекаемая воздушными потоками, уносится на большие расстояния над землей. Сгущаясь, эти испарения превращаются в облака или туман и затем в виде дождя, снега или града выпадают на землю. Часть этой воды через реки вновь стекает в моря, часть испаряется, а оставшаяся часть, просачиваясь в землю, превращается в грунтовую воду. Но и здесь не прекращается движение воды, которая в виде подземных потоков вновь возвращается в моря. Так заканчивается большой круговорот воды в природе.
Человеку вода требуется для питья, а также для многих других целей. Поэтому он активно вмешивается в природный круговорот, используя грунтовые и поверхностные воды во все возрастающем количестве для удовлетворения своих многообразных потребностей. Большая часть использованной вод, ставших теперь уже сточными водами, отводится обратно в водоемы. Такой искусственный круговорот воды особенно интенсивно происходит в густонаселенных районах земного шара. Вода на территориях, богатых реками, должна при этом многократно использоваться, однако это возможно только при наличии достаточного числа установок для очистки сточных вод, а также соответствующих сооружений для подготовки питьевой и технической воды.
Водное хозяйство должно обеспечивать водой самых различных потребителей. При этом необходимо, во-первых, чтобы в наличии всегда имелись достаточные количества воды и, во-вторых, чтобы вода отвечала определенным качественным требованиям. Органы водного хозяйства постоянно следят за тем, чтобы соблюдалось необходимое соотношение между потребностями в воде и возможностями удовлетворять эти потребности с помощью природных ресурсов.
При правильно организованном водном хозяйстве водные ресурсы должны всегда превышать потребность в воде. Если же баланс будет отрицательным, то в какой-то момент может возникнуть нехватка воды, что вызовет значительные осложнения. Поскольку природные водные ресурсы увеличить нельзя, то выравнивание баланса осуществляется путем создания запасов воды.
В период паводков, когда реки несут большое количество воды, образовавшейся в результате таяния снегов, нужды потребителей легко удовлетворяются. Потребности в воде резко возрастают в период сухого, жаркого лета. Однако в это время количество воды в реках значительно уменьшается. Для удовлетворения потребностей в воде в летнее время следует накапливать паводковые воды, что осуществляется путем устройства водохранилищ, в которые собирают весенние паводковые воды. В этом случае в летнее время всегда можно будет забирать воду из водохранилищ. Таким образом, важной задачей органов водного хозяйства является проектирование, строительство и эксплуатация водохранилищ.
Качество воды зависит от входящих в ее состав компонентов. В природе не встречается химически чистая вода. В ней всегда содержатся различные примеси в виде растворенных или взвешенных веществ. Эти примеси отнюдь не всегда следует рассматривать как нежелательные. Достаточно лишь вспомнить о содержащихся в целебных источниках минеральных веществах или о растворенном в воде кислороде, наличие которого является необходимым условием существования рыб в водоемах.
По-другому рассматриваем мы загрязнения водных источников вследствие выпуска в них сточных вод, что является в настоящее время одной из важнейших проблем цивилизации. В зависимости от степени загрязнения водные источники подразделяются на классы по качеству воды. Качество воды загрязненных водоемов определяется не только химическим способом, но также путем биологического исследования на месте и в лабораторных условиях. На основании проведенных исследований издавна различают четыре степени загрязнения водоемов.
I. Чистые до незначительно загрязненных. Вода прозрачна и богата растворенным в ней кислородом. Биохимическая потребность в кислороде незначительна. Встречается множество высших организмов, а также водятся лососевые породы рыб.
II. Незначительно загрязненные до умеренно загрязненных. Вода уже не прозрачна. Биохимическая потребность в кислороде все еще мала. Часто встречаются водоросли и другие водные растения. Имеются в большом количестве живые организмы, такие, как ресничные, рачки, улитки, ракушки и т. п. Среди рыб преобладают рыбы семейства карповых.
III. Умеренно загрязненные. В воде еще имеется некоторое количество кислорода. Биохимическая потребность в кислороде увеличивается. Наряду с бактериями в воде встречаются низшие растения, водоросли, мелкие живые организмы.
IV. Сильно загрязненные. В воде происходят процессы гниения. Кислорода в ней либо вообще нет, либо он имеется в ничтожных количествах. Отмечается образование сероводорода. Лишь микроорганизмы продолжают свою жизнедеятельность. В большом количестве встречаются бактерии. Водоросли и высшие растения отсутствуют. Находящаяся в сточной воде в большом количестве отмершая органическая материя не остается в живой природе неизменной. В результате происходящих биологических процессов она подвергается прогрессирующему разложению. При этом органические вещества вовлекаются в процесс обмена веществ живых организмов, пищей которых они являются.
Из крупных молекул белков, жиров и углеводов образуются более простые вещества с меньшей молекулярной массой. В ходе этого процесса высвобождается энергия, которая используется для поддержания жизнедеятельности организмов, участвующих в разложении. Конечным продуктом этих процессов распада являются простые органические и минеральные вещества. Водные растения превращают эти простые вещества вновь в высшие соединения. Этот синтез выполняется растениями, которые используют солнечный свет в качестве источника энергии.
Таким образом, процессы распада и синтеза определяют круговорот органических веществ в природе. Эти биологические процессы распада имеют большое значение, так как именно они лежат в основе процессов очистки сточных вод, загрязненных органическими веществами. Разложение высокомолекулярных веществ происходит двумя путями.
В первом случае в распаде на каждой его стадии участвует кислород воздуха. Этот процесс называют также аэробным разложением. Аэробные, т. е. совершающиеся лишь в присутствии кислорода, процессы поддерживаются ферментами, выделяемыми живыми клетками. Это сложные органические вещества белкового типа, образующиеся в растительных и животных клетках.
Они имеют решающее значение для обмена веществ, происходящего у всех живых организмов. Их присутствие значительно ускоряет химические преобразования и способствует скорейшему установлению состояния равновесия. Существует целый ряд ферментов, активно участвующих в процессах разложения высокомолекулярных органических соединений, какими, например, являются белки, жиры и углеводы. При аэробном процессе распада происходит присоединение кислорода к продуктам распада. Этот процесс называют также окислением.
Процессы разложения и окисления продолжаются до тех пор, пока весь углерод не превратится в двуокись углерода, водород - в воду, а азот - в нитраты. При аэробном разложении постоянно потребляется кислород. Как мы уже видели, биохимическая потребность в кислороде служит показателем степени загрязнения сточных вод органическими веществами. Аэробные процессы разложения широко распространены в природе.
Они постоянно протекают в водоемах, содержащих растворенный кислород, или в хорошо аэрируемых и населенных живыми организмами почвах. При круговороте органической материи продукты распада вновь оказываются исходными веществами для образования высших соединений.
В противоположность только что описанным процессам существует другой путь распада крупных молекул органических веществ на более мелкие частицы - анаэробное разложение. Он совершается лишь в отсутствие кислорода воздуха. Этот процесс известен также под названием "гниение". В нем принимают участие живые организмы. Однако в то время как в процессе аэробного разложения участвуют многие виды организмов, процессы гниения осуществляются лишь определенными видами бактерий.
При поступлении воздуха в достаточном количестве бактерии гниения подавляются другими организмами, поглощающими кислород. Лишь когда эти организмы из-за недостатка кислорода погибают, могут размножаться анаэробные бактерии. Конечные продукты процессов гниения не похожи на продукты, образующиеся при аэробном разложении. При гниении происходит процесс восстановления.
При этом наряду с твердыми соединениями в качестве конечных продуктов образуются различные газы, такие, как метан, углекислый газ, аммиак и сероводород. В конечном счете образующиеся вследствие анаэробного разложения частицы высокомолекулярных органических соединений вновь используются для синтеза новых белков, жиров и углеводов с помощью растений.
Таким образом, мы видим, что и при протекании распада по второму пути круговорот органической материи в природе снова замыкается. Если сточные воды отводятся в водоем или в населенную живыми организмами почву, то упомянутые процессы происходят естественным путем. Живые организмы, отыскивающие себе питание в загрязненных сточных водах, имеются повсеместно. С увеличением количества питательных веществ их число быстро возрастает, а при израсходовании запасов питания они отмирают.
Поскольку сброс сточных вод в водоемы происходит не однократно, а, как правило, носит регулярный характер, то можно считать, что микроорганизмы, находящиеся в наших водоемах, всегда обеспечены необходимыми питательными веществами. После того как загрязнения сточных вод подвергнутся разложению и расщеплению в результате многообразных физических, химических и биологических процессов, они постепенно уносятся вниз от места выпуска сточных вод. Мы называем этот процесс самоочищением водоема. Другими словами, самоочищение воды в реке или озере представляет собой возврат воды в естественное, первоначальное состояние, которое было нарушено в результате сброса в нее сточных вод.
Поскольку сточные воды сбрасываются в водоемы, как правило, непрерывно и в разных местах, то полного возврата воды в первоначальное состояние никогда не происходит. Поэтому в наших густонаселенных промышленных районах нет ни одной реки или озера, вода в которых находилась бы в естественном, первоначальном состоянии. Восстановление такого первоначального состояния практически невозможно и, кроме того, не является необходимым.
Поэтому полное восстановление не может явиться целью водохозяйственных мероприятий по защите водных источников. Задачей деятельности человека, направленной на сохранение водоемов, является, таким образом, поддержание и усиление процессов самоочищения воды в водоемах. Особенно важное значение имеют происходящие в проточных водоемах естественные процессы, так как в настоящее время к качеству воды в реках предъявляются самые разнообразные требования.
Использованы материалы книги Рандольф Р. "Что делать со сточными водами" (перевод с немецкого)
1 часть, далее >>>
Запрос цены, информации:
+7 (347) 281-65-13
+7 (347) 216-65-13
Идёт загрузка...