VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Вода является необходимым условием жизни на планете. Главная роль воды состоит в том, что она является средой и источником водорода для жизненных процессов [3, с. 471], а кроме того соединением, принимающим участие в процессах терморегуляции, осмоса, корневого давления и других у живых организмов, средой – растворителем в которой осуществляются химические реакции, переносчиком веществ в ходе гидролитического цикла и многое другое. Огромное значение для живых существ имеют пресные воды. Запасы пресной воды на Земле составляют очень малую часть всей гидросферы, особенно учитывая то, что основная часть их находится в полярных льдах.

В настоящее время одной из наиболее актуальных является проблема загрязнения вод, следствием чего является снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления вредных веществ. Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запахов, вкуса), увеличение содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода воздуха, появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей [3, с.318].

По данным Российскогого научного-исследовательского центра экологической безопасности, на одного человека в России приходится в год более 500 м³ сточных вод, из которых 370 м³ загрязнены [4, с. 493]. Наиболее загрязнёнными являются воды городских агломераций. Так, например, среднемноголетний расход современного суммарного стока с территории Москвы составляет 18,1 м³/с.В этот расход входят следующие компоненты:

поверхностный сток от атмосферных осадков;

грунтовый сток от атмосферных осадков;

дренажный сток, формирующийся из потерь в водонесущих коммуникациях, аварийных и технологических сбросов, а также расходов на пожаротушение и т. п.;

промышленные нормативно-чистые сбросы (в том числе моечные стоки);

поливочные воды.

По данным ГУП "Мосводосток" более половины водовыпусков не имеют никаких устройств очистки сбрасываемых вод. Существующие сооружения представлены тремя основными видами: прудами-отстойниками, щитовыми заграждениями, сооружениями камерного типа.

Результаты измерений проведенных лабораторией ГУП "Мосводосток" показывают, что из 21 показателя загрязнений, по которым проводились измерения, случаи превышения значений над допустимыми концентрациями (ПДК) наблюдались по следующим 7 показателям: взвешенные вещества, нефтепродукты, марганец, железо, азот аммиака, ХПК (химическое потребление кислорода), БПК (биологическое потребление кислорода).

Различные загрязняющие вещества, находящиеся в водах приносят вред живым организмам вследствие интоксикации, провоцируют развитие хронических заболеваний. Биологические агенты (бактерии, вирусы) вызывают инфекционные заболевания.

Прежде чем решать проблему с загрязнением водоемов, необходимо определить источники загрязнения, так как важно понимать, от каких именно вредных веществ необходимо избавиться, или каким-либо образом уменьшить их количество. Существуют различные источники загрязнения водоемов. Прежде всего, это промышленные и коммунально-бытовые сточные воды. Промышленные сточные воды загрязняют экосистемы самыми разнообразными компонентами в зависимости от специфики отраслей промышленности. Например, предприятия легкой промышленности загрязняют сточные воды поверхно-активными веществами и синтетическими моющими средствами. В настоящее время объем сброса промышленных сточных вод во многие водные экосистемы не только не уменьшается, но и продолжает расти. Коммунально-бытовые сточные воды в больших количествах поступают из жилых и общественных зданий, прачечных, столовых, больниц и т.д. В сточных водах этого типа преобладают различные органические вещества, а также микроорганизмы, что может вызвать бактериальное загрязнение.

Огромное количество таких опасных загрязняющих веществ, как пестициды, аммонийный и нитратный азот, фосфор, калий и другие, смываются с сельскохозяйственных территорий, включая площади, занимаемые животноводческими комплексами [3, с. 322-323]. Один из способов попадания данных веществ в водоемы заключается в том, что после выпадения осадков в виде дождя, они просачиваются в почву, откуда могут попасть в находящиеся рядом реки, озера, пруды, и т.д. По данным санитарно-эпидемиологической службы, разбрызгиваемые колесами транспортных средств поверхностные сточные воды образуют аэрозоли, которые, находясь в атмосферном воздухе, наносят значительный ущерб населению и растительности города.

Так же большую роль в загрязнении вод играют нефть и нефтепродукты. При аварии нефтеналивных судов, на нефтепромыслах в прибрежных зонах, при сбросе с судов балластных вод в морские и пресноводные экосистемы попадают миллионы тонн нефти.

Кроме вышеперечисленных источников загрязнения воды, существуют и другие. Но, главное, что все эти источники ведут к появлению такой глобальной экологической проблемы, которая представляет огромную опасность для всех живых организмов.

Строительство сооружений для отведения с застроенных территорий атмосферных осадков и сброса загрязненных бытовых вод началось в глубокой древности. Археологические исследования показывают, что в Индии за 5000-6000 лет, а в Египте более чем за 2500 лет до нашей эры имелись выложенные из кирпича и камня каналы, по которым вода отводилась во рвы, обычно окружавшие города. Системы водостоков и водосточные каналы существовали в Древней Греции и Древнем Риме. Характерным примером служит главный водосточный канал «клоака максима», построенный в Риме в IV в. до н.э. и частично сохранившийся до настоящего времени. В Древней Руси подземные деревянные трубы и кирпичные желоба для сброса дождевых и талых вод во рвы найдены при раскопках Новгородского Кремля (XI в.). Начало работ по устройству водосточной сети в Москве относится к середине XIV в. В Московском Кремле трубопровод для отвода атмосферных вод в р. Москву с Ивановской площади был проложен в 1367 году.

Актуальность разработки и применения новых технологий очистки воды сегодня подтверждается усиливающимся влиянием на гидросферу. В наши дни существует такие способы очистки вод, как физико-химические, механические и биологические. Статистический анализ мирового опыта показывает, что из общего объема сточных вод механической очистке подвергается 68 %, биологической – 29 %, физико-химической - 3 %. Для повышения качества переработки стоков долю биологической очистки в перспективе предполагается повысить до 80 % [1, с. 31]. Для ликвидации бактериального загрязнения сточных вод применяют их обеззараживание (дезинфекцию).

Механическая очистка производится для выделения из сточной воды находящихся в ней нерастворенных грубодисперсных примесей путем процеживания, отстаивания и фильтрования.

Физико-химические методы очистки заключаются в том, что в очищаемую воду вводят какое-либо вещество – реагент (коагулянт и флокулянт). Вступая в химическую реакцию с находящимися в воде примесями, эти вещества способствуют более полному выделению нерастворённых примесей, коллоидов и части растворённых соединений и тем самым уменьшают их концентрацию в сточной воде. Реагенты переводят растворимые соединения в нерастворимые или в растворимые, но безвредные, а также изменяют реакцию сточных вод, в частности нейтрализуют и обесцвечивают их.

Одним из способов биологической очистки вод является использование высших растений, так как они поглощают биогенные элементы и некоторые органические вещества, способны накапливать токсичные вещества и превращать в нетоксичные, способны накапливать некоторые металлы и органические вещества, которые трудно разлагаются, а так же они способствуют оседанию взвешенных веществ.

Биологические методы очистки основаны на жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуют окислению или восстановлению органических веществ, находящихся в сточных водах в виде тонких суспензий, коллоидов в растворе, и являющихся для микроорганизмов источником питания, в результате чего и происходит очистка сточных вод от органических загрязнений.

Биологические методы очистки водоемов с помощью высших водных растений хорошо себя зарекомендовали в системе очистки коммунально-бытовых стоков, как наиболее экологически и экономически выгодные, благодаря простоте технологии и низким эксплуатационным расходам. Они применяются для очистки сточных вод, окончательно формируя качество очищаемой воды, на предприятиях молочно-консервной, пищевой, нефтеперерабатывающей промышленности, в животноводстве и т.п.

При очистке сточных вод чаще всего используют такие виды высших водных растений, как камыш, тростник озерный, рогоз узколистый и широколистый, рдест гребенчатый и курчавый, спироделла многокоренная, элодея, водный гиацинт (эйхорния), касатик желтый, сусак, стрелолист обычный, гречиха земноводная, резуха морская, уруть, хара, ирис и прочие [2, с. 50-51].

Эйхорнис, или водный гиацинт, представляет собой плавающее на поверхности воды растение с блестящими темно-зелеными листьями. Данное растение высаживают в июне. В конце лета, в августе-сентябре, у эйхорниса в 30 см от воды появляются голубые, бледно-сиреневые или желтые цветки. Водный гиацинт не переносит заморозки и является неморозоустойчивым, поэтому перед началом холодов требуется перенести его в помещение. Также можно пересадить его во влажный песок или поместить в сосуд с теплой водой.

Ученые обнаружили, что на колоссальной поверхности корневой системы эйхорнии осаждаются взвеси, содержащиеся в воде. С фантастической скоростью перерабатываются разные органические загрязнители, то есть фактически, чем грязнее водоем, тем лучше чувствует себя растение.

Водный гиацинт является наилучшим природным фильтром водоёмов, он освобождает воду от вредных веществ, нитратов и излишней органики, поглощая их. В древние времена воины в дальних походах водной гиацинт использовали как мобильный фильтратор, они помещали его в непригодную для питья воду и эйхорния очищала ее через какое-то время.

Такое водное растение, как водный орех, также способен очищать воды, главным образом, от опасных нитратов. Листья у водного ореха тёмно-зелёные и глянцевые, а летом на них появляются белые цветочки. Для того, чтобы водный орех зацвел необходимо достаточное количество тепла и солнца. Одним из плюсов данного растения является то, что он способен пережить русские суровые зимы.

Камыш – прибрежное растение, частично погруженное в воду. Известно, что камыш имеет высокие адаптивные свойства и способен прорастать в очень загрязненных промышленными сточными водами водоемах. Он способен удалять из воды ряд органических соединений, в том числе фенолы, нафтолы, анилины и прочие органические вещества. В г. Бентон (США) с населением 4700 человек с 1985 года осуществляется очистка бытовых сточных вод в прудах с зарослями камыша и других водных растений. Подсчитано, что стоимость такой системы очистки в 10 раз меньше, чем стоимость традиционных систем при удовлетворительном качестве очистки воды от соединений азота, фосфора, взвешенных и органических веществ [2, с. 50-51].

Еще одним растением, чистящим воды, является пистия, которая собирает на корнях мутную воду и также очищает ее от различных органических соединений, например, от фосфатов. Для содержания пистии нужна только хорошо прогретая вода и яркий солнечный свет. При хороших условиях содержания растение образует на поверхности воды густые, практически непроницаемые для света, заросли, которые затеняют растущие в толще воды и у дна растения. Поэтому, если пистия хорошо растет, следует периодически прореживать его заросли.

Существуют и другие растения, которые способны очищать воду. В основном все эти высшие водные растения, используемые при биологической очистке вод, имеют небольшую стоимость и быстро размножаются, если за ними хорошо ухаживать, что делает данный способ очистки водоемов экономически выгодным.

Литература

1. Александров Б.Г. Гидробиологические основы управления состоянием прибрежных экосистем Черного моря. – Киев: НАУКОВА ДУМКА, 2008. – 344 с.

2. Галяс А.В. Высшие водные растения в системах биологической очистки сточных вод / А. В. Галяс, Е. П. Проценко // Молодежь. Наука. Производство: Материалы межвузовской научной конференции студентов и аспирантов, 2-4 марта 2009 года. – Курск, 2009. – 77 с.

3. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2007. – 602 с.

4. Никольский А.Б., Суворов А.В. Химия. – Спб.:Химиздат, 2001. – 512 с.

Код для цитирования: Скопировать