Позакласна година на тему "АНТРОПОГЕННИЙ ВПЛИВ НА ПІДЗЕМНУ ГІДРОСФЕРУ ТА ПРИНЦИПИ РАЦІОНАЛЬНОГО ВИКОРИСТАННЯ ВОДНИХ РЕСУРСІВ"

Про матеріал

Позакласна година є розробка рекомендацій з раціонального використання водних ресурсів регіону на основі вдосконалювання економічного механізму управління водокористуванням.

Перегляд файлу

АНТРОПОГЕННИЙ ВПЛИВ НА ПІДЗЕМНУ ГІДРОСФЕРУ ТА ПРИНЦИПИ РАЦІОНАЛЬНОГО ВИКОРИСТАННЯ ВОДНИХ РЕСУРСІВ

«Вода, у тебе нема ні смаку, ні кольору, ні запаху, тебе неможливо описати, тобою насолоджуються, не знаючи, що ти саме життя. Ти наповнюєш нас радістю, яку не пояснити нашими почуттями. З тобою повертаються до нас сили, з якими ми вже попрощались. По твоій милості в нас знову починають бурлити висохші джерела нашого серця. Ти саме найбільше богатство у світі…».

Антуан де Сент-Екзюпері

Вода є найважливішим джерелом життя на землі та здоров'я кожного з нас. Регулярне споживання необхідного нашому організму кількості води є залогом нашого відмінного самопочуття та довголіття. Вода – це символ плодоріддя, чистоти та мудрості, а корисні властивості використовуюються не тільки для задоволення природних нужд нашого органіму, але і в медицині, косметології, кулінарії, сільскому господарстві та підприємстві різних продуктів – да практично во всіх сферах нашого життя.

Всі природні води найтіснішим чином взаємопов'язані і утворюють гідросферу, суцільну водну оболонку Землі. Вода у вигляді молекул Н₂О наголошується в літосфері та атмосфері, а біосфера більше ніж на три чверті складається з води. Гідросфера – це динамічна система, в якій між водними масами всіх оболонок Землі підтримується динамічна рівновага. За участю води відбувається кругообіг речовин і енергії в природі.

Значну роль у глобальному кругообігу води відіграє підземна складова. Тут можна виділити підземний стік атмосферних опадів і перетворення води під час таких геологічних процесів, як седиментація, перекристалізація порід і т.д. Слід також згадати про утворення води з мантійних газів. Таким чином, підземні води, характеризуючись особливими умовами міграції та різноманітними умовами формування хімічного складу, є складовою частиною єдиної гідросфери Землі. В даний час все більшої гостроти набуває проблема прісної води. Відомо, що більше мільярда людей планети страждає від нестачі доброякісної води, необхідної для пиття і господарських потреб. Тільки для підтримки життя людині щодоби необхідно близько 2л води, а житель сучасного впорядкованого міста на добу витрачає від 100 до 1000л. Ще більша витрата прісної води в промисловості: для виробництва однієї тонни сталі витрачається 150 – 200м³ води, міді – 500, папери 450 – 1000, штучного волокна 2000 – 6000м³.

У зв'язку з глобальним забрудненням поверхневих вод централізоване водопостачання все більшою мірою орієнтується на підземні води. Однак в умовах зростаючого техногенного навантаження на навколишнє середовище підземні води також піддаються забрудненню і виснаженню. У зв'язку з цим при вирішенні проблем охорони та раціонального використання навколишнього середовища підземні води, які є однією з найбільш використовуваних, уразливих і динамічних складових геологічного середовища, займають особливе місце.

Підземні води як частина геологічного середовища

Останнім часом верхню частину земної кори все частіше розглядають як елемент середовища проживання людини. У зв'язку з цим у літературі міцно вкоренилося поняття "геологічне середовище". Н.І. Плотніков, уточнюючи поняття "геологічне середовище", характеризує її як невід'ємну частину навколишнього середовища і біосфери, яка охоплює верхні розрізи гідрогеосфери, до якої входять чотири найважливіших компоненти: гірські породи (разом з грунтом), підземні води (разом з рідкими вуглеводнями), природні гази і мікроорганізми, які постійно перебувають в рівновазі і формують у природних і порушених умовах динамічна рівновага.

Враховуючи, що саме стан цієї рівноваги і визначає склад підземних вод, їх можна розглядати як основний індикатор її стану.

Які ж основні компоненти складу прісних підземних вод. Незважаючи на малу мінералізацію, до 1,5г/л, прісні підземні води являють собою складну багатокомпонентну систему, що включає цілий комплекс неорганічних і органічних сполук, газів і живої речовини.

Неорганічні речовини – макро- і мікрокомпоненти. Залежно від концентрації неорганічних речовин в підземних водах виділяють макрокомпоненти (десятки і сотні мг/л) і мікрокомпоненти (менше 1 мг/л). Макрокомпоненти визначають хімічний тип води і, як наслідок, її основні споживчі властивості. У першу чергу, до них слід віднести Ca₂⁺, Mg₂⁺, Na⁺, K⁺, Cl^-, SO₄^2- і HCO₃^-. Концентрації і можливість нагромадження в підземних водах макрокомпонентів визначаються геолого-гідрогеологічними умовами даного району і багато в чому залежать від мінерального складу водовмісних порід. До мікрокомпонентами можна віднести всі інші елементи.

Органічні речовини. Прісні підземні води завжди містять ту чи іншу кількість органічної речовини. У природних умовах їх зміст, як правило, зменшується з глибиною. Склад органічних речовин досить складний і може бути представлений всіма класами органічних сполук. Найбільш поширені високомолекулярні кислоти (наприклад, гумінові кислоти та фульвокислоти). Вони постійно присутні в грунтових водах в кількості від одного до декількох мг/л. В останні роки в підземних водах виявлено цілий ряд амінокислот, які є структурними елементами білків. Крім того, у прісних підземних водах нафтогазоносних провінцій, як правило, присутні нафтенові кислоти і різні вуглеводневі сполуки.

Мікроорганізми. З мікроорганізмів найбільше значення в прісних підземних водах мають бактерії, також зустрічаються мікроскопічні водорості, найпростіші і віруси. Розрізняють аеробні та анаеробні бактерії. Першим для розвитку потрібний кисень, другі існують при його відсутності, відновлюючи сульфати, нітрати та інші кисневмісні речовини. У прісних підземних водах зони активного водообміну розвиваються гнильні, сапрофітні, денітрифікуючі і клетчатковие бактерії.

Гази. Основними газами, розчиненими в прісних підземних водах, є кисень, азот, вуглекислий газ і сірководень. У незначних кількостях зустрічаються і всі інші гази. За генетичними ознаками виділяють гази повітряного походження (O₂, N₂, CO₂), біохімічні (CO₂, H₂S, N₂) і гази ядерних перетворень (He, Ra). Найбільш негативний вплив на споживчі властивості води надає наявність в ній сірководню.

На формування хімічного складу прісних підземних вод, що мають сучасні, зазвичай не надто віддалені області харчування, впливають багато природні фактори, основним з яких є фізико-хімічна взаємодія води з вміщуючими породами різноманітного складу і структури при русі води від областей живлення до ділянок розвантаження або занурення водоносного горизонту. Великий вплив також надає склад води, що надходить у водоносний горизонт з різних джерел живлення: за рахунок просочування атмосферних опадів, розвантаження глибокозалягаючих підземних вод, перетікання з інших водоносних горизонтів через слабкопроникним шари і літологічні вікна, залучення річкового стоку, зрошувальних вод і ін.

Практичне значення підземних вод

Підземні води мають велике практичне значення. В даний час прісні підземні води відіграють значну роль в господарсько-питному водопостачанні населення багатьох країн. Для водопостачання використовуються грунтові або порівняно неглибоко залягають напірні води, в яких при роботі водозабору п'єзометричного рівень може бути знижений до глибин 150 – 200м, що визначається техніко-економічними можливостями водопідйомних насосів. При цьому відзначається тенденція до все більшого використання підземних вод для водопостачання. Це пояснюється тим загальновідомим фактом, що підземні води, як джерело водопостачання, мають ряд переваг в порівнянні з поверхневими водами. Перш за все, підземні води, як правило, мають кращу якість, більш надійно захищені від забруднення і зараження, менше схильні до сезонних і багаторічним коливань і в більшості випадків їх використання не вимагає дорогих заходів щодо водоочистці.

За останні 25 – 30 років у світі було пробурено понад 300млн. свердловин для відбору води.

Роль підземних вод у водопостачанні міст у різних країнах і в різні періоди істотно змінювалася. У цілому на початкових етапах розвитку централізованого водопостачання в якості джерела водопостачання виступали, як правило, джерельні води (де це було можливо). Надалі в міру зростання потреб у воді все більше стали використовувати поверхневі води. У зв'язку з прогресуючим їх забрудненням виникли серйозні захворювання населення викликали необхідність реконструкції систем водопостачання, яка проводилася двома шляхами: поліпшенням якості водоочищення, або повним або частковим переходом на підземні джерела водопостачання (у тому числі і на воду досить далеко розташованих джерел). Як приклад можна навести систему водопостачання такого великого міста, як Париж, де в 1865 – 1900 рр. використовували джерела на схилах пагорбів, розташовані на відстані 80 – 150км від міста, а поверхневі води стали використовувати для технічного водопостачання.

За даними Європейської економічної комісії підземні води є основним джерелом міського господарсько-питного водопостачання в більшості європейських країн. Повністю або майже повністю на підземних водах засновано водопостачання таких великих міст Європи (з на селищем майже мільйон чоловік і більше), як Будапешт, Відень, Гамбург Копенгаген, Мюнхен, Рим, а для таких міст, як Амстердам, Брюссель, Лісабон, підземні води покривають більше половини загальної потреби у воді.

Підземні води використовуються не тільки для питного водопостачання, але і в промисловості, сільському господарстві, на транспорті – практично при всіх видах людської діяльності.

Потрібно відзначити, що в країнах з аридним і полуаридним кліматом підземні води широко використовуються для зрошення. У США за рахунок підземних вод зрошується 45% земель, в Ірані - 58%, в Алжирі - 67%, а в Лівії зрошуване землеробство цілком грунтується на підземних водах.

Але, так чи інакше, для виробничого водопостачання застосування прісних підземних вод допускається з дозволу органів по регулюванню використання та охорони вод тільки в районах, де відсутні необхідні поверхневі водні джерела і є достатні запаси підземних вод питної якості. Вимоги до якості підземних вод для виробничого водопостачання встановлюються водоспоживальні або проектними організаціями для кожного конкретного випадку з урахуванням специфічних особливостей застосування вод з даного призначенням.

До води, застосовуваної в різних галузях промисловості, пред'являються вимоги відповідно до специфіки даного виду виробництва. Наприклад, в цукровому виробництві необхідно, щоб вода мала мінімальну мінералізацію, тому що присутність будь-яких солей ускладнює варіння цукру. У пивоварному виробництві потрібно відсутність у воді CaSO₄, перешкоджає бродінню солоду. У воді, що застосовується для винокурного виробництва, небажана присутність хлористого кальцію і магнію, які затримують розвиток дріжджів. У текстильній і паперовій промисловості не допускається присутність у воді заліза, марганцю та кремнієвої кислоти. Виробництво штучного волокна вимагає малої окислюваності води (менше 2 МГО/л) і мінімальної жорсткості (до 0,64 мг-екв/л). Такі ж вимоги по жорсткості пред'являються до води і в енергетичній промисловості. До води, що використовується для господарсько-питного водопостачання, які пред'являються вимоги можна звести до двох основних умов: нешкідливості її для організму і задовільного якістю за смаком, запахом, прозорості та інших зовнішніх властивостях.

Антропогенний вплив на підземну гідросферу та його негативні наслідки

Як показує досвід, при роботі водозабірних споруд може відбуватися як поліпшення якості підземних вод (наприклад, при підтягуванні річкових вод кращої якості), так і її погіршення (забруднення), пов’язане з надходженням некондиційних вод з різних природних і антропогенних джерел.

Господарська діяльність людського суспільства, що посилюється з кожним роком, різко негативно впливає на гідросферу нашої планети. Цей негативний вплив проявляється у вигляді виснаження ненормованими водовідборами джерел водопостачання; порушення гідрологічного та гідрогеологічного режимів на значних територіях; забруднення і засмічення поверхневих та підземних вод.

Розвиток людської цивілізації потребує все більшої й більшої кількості прісної води. У містах та інших населених пунктах залежно від ступеня благоустрою добові витрати води на побутові потреби досягають від 125 до 400л на одну особу. Крім того, внаслідок неякісної водогінної системи губиться на шляху від водозаборів до споживачів величезна кількість води.

Дуже велика кількість води іде на промислові потреби. Близько 50 – 80% води, яка подається на зрошення, або надто швидко профільтровується через ґрунт, або стікає з полів, не зволожуючи коріння рослин, тобто використовується вкрай неефективно.

Щоб вийти з скрутного становища, слід встановити режим суворої економії для споживання води, запровадити у виробництво та іригаційні роботи низьководоємкі технології, ввести замкнуті цикли водоспоживання - циркуляційне закриті системи, більш широко використовувати стічні води. Однак людство здебільшого іде шляхом найменшого опору, безоглядно збільшуючи відбір води з навколишнього середовища. Зовсім не береться до уваги, що, хоч вода належить до відновлюваних ресурсів, але якщо водовідбори перевищують здатність до відновлення поверхневих або підземних вод, це спричинює обміління й пересихання водотоків та водоймищ і до виснаження підземних водоносних горизонтів. Суттєво порушує гідрологічний режим водотоків видобуток з їхніх русел піску.

До погіршення гідрологічного, гідрогеологічного та кліматичного режиму цілих регіонів призводить також нераціональне екстенсивне ведення сільського господарства. Прагнучи розорати і використати під сільськогосподарські угіддя якомога більше площ, здійснюють спрямлення русел річок, проводять широкомасштабні осушувальні меліоративні роботи, які супроводжуються значним пониженням рівня підґрунтових вод, осушуванням річкових заплав та боліт. При цьому забувають, що болота виконують незамінну роль у природній рівновазі, є регуляторами річкового стоку, накопичуючи надлишок вологи під час повеней і віддаючи його поступово під час посушливого періоду.

Бездумне осушення боліт порушує динамічну рівновагу екосистем на величезних площах, призводить до обезводнювання цілих районів, заливні луки перетворюються на безплідні солончаки, висохлі торфовища розвіюються вітрами, позбавляються ґрунтової вологи орні землі, погіршується стан і родючість ґрунтів, гинуть молоді лісонасадження, зріджується трав'яний покрив, погіршується стан водотоків та водоймищ, скорочується кількість цінних видів місцевої фауни. Особливо погано впливає подібна осушувальна меліорація на водність малих річок. Осушення боліт і заболочених земель на водозаборах малих річок веде до зменшення їхнього стоку на 30 – 40% і більше, що зумовлює обміління і навіть повне пересихання їх.

Так само до негативних наслідків призводить і надмірне зрошування полів у посушливих зонах, що обумовлює розчинення у підґрунті солей лужних металів, які внаслідок інсоляції поступають у ґрунт і засолюють його при інтенсивному випаровуванні ґрунтової вологи.

Багато шкоди завдають навколишньому середовищу і людському суспільству численні водоймища, які необачно були створені на рівнинних річках, зокрема в Україні (на Дніпрі, Дністрі, Південному Бузі тощо). Внаслідок цього були затоплені величезні площі родючих земель, на місці яких виникли мілководні басейни з гнилою водою, переповненою мікроскопічними синьозеленими водоростями. Відмираючи у колосальних кількостях, ці водорості отруюють воду шкідливими продуктами свого розкладу, риба гине, вода у водоймищах стає непридатною не лише для пиття, але й для технічних потреб. Створення Дніпровського каскаду водосховищ викликало підняття рівня підґрунтових вод у широких прибережних смугах і призвело до підтоплення сотень й тисяч населених пунктів та промислових об'єктів. У зонах водосховищ активізувалися зсуви та обвали берегів, засмічуються ґрунти, забруднюються підземні води, погіршуються санітарні умови.

Негативний антропогенний вплив на підземну гідросферу проявляється у вигляді:

виснаження ненормованими водовідборами джерел водопостачання;
порушення гідрологічного та гідрогеологічного режимів на значних територіях;
забруднення і засмічення поверхневих та підземних вод.

До найбільш небезпечних видів негативного антропогенного впливу на гідросферу Землі належить забруднення та засмічення поверхневих і підземних вод відходами господарської діяльності.

У підземні водоносні горизонти забруднювачі надходять шляхом: а) фільтрації рідких стоків підприємств та атмосферних опадів, що промивають тверді відходи; б) фільтрації з полів, оброблюваних отрутохімікатами і хімдобривами; в) проникнення через колодязі, свердловини та карстові порожнини; г) бокової та вертикальної фільтрації забруднених річкових і озерних вод; д) інфільтрації забруднених атмосферних опадів (рисунок 1).

І – горизонт ґрунтових вод; ІІ – горизонт напірних прісних вод; ІІІ – горизонт напірних солоних вод.

1 – трубопроводи, каналізаційні колектори з постійними і аварійними витоками; 2 – відстійники, хвостосховища, шламонакопичувачи; 3 – димові і газові викиди; 4 – підземні захоронення промислових стоків; 5 – вилучення шахтних вод; 6 – терикони; 7 – кар’єрні води; 8 – заправні станції; 9 – побутові забруднення; 10 – водозабір, який підтягує солоні води; 11 – об’єкти тваринництва; 12 – внесення добрив і засоби хімізації землеробства.

Рисунок 1 – Схема джерел забруднення підземних вод

До основних видів забруднення підземних вод належать: хімічне, бактеріальне, теплове, радіоактивне та механічне.

Бактеріальне (або мікробне) забруднення виникає при попаданні у водоносний горизонт шкідливих бактерій і вірусів (кишкові палички). Бактеріальному забрудненню перешкоджають процеси самоочищення води в породах зони аерації під час інфільтрації. Встановлено, що шар дрібнозернистих пісків потужністю 3 – 5м повністю очищає воду від анаеробних бактерій, а термін життєдіяльності у водоносному горизонті від 30 до 400 діб і більше. Джерелами бактеріального забруднення є переважно господарсько-побутові і сільськогосподарські відходи (вигрібні ями, скотарні, несправна каналізація). В береговій зоні забруднення може надходити від забруднених поверхневих вод.

Хімічне забруднення – найбільш поширений вид забруднення підземних вод. Воно викликається проникненням у водоносні горизонти органічних і неорганічних речовин токсичного і нетоксичного впливу. При відсутності взаємодії з водовмісними породами хімічне забруднення може бути тривалим і важко усувним або неусувним взагалі. Основними джерелами хімічного забруднення підземних вод є промислові стоки, які надходять у водоносні горизонти з відстійників, накопичувачів, шламо- і хвостосховищ, з поверхневих водотоків і водоймищ, шахтні води. Забруднення може відбуватися також за рахунок поширення забруднюючих речовин з ділянок накопичення твердих промислових відходів (звалища, шлако- і солевідвали), ділянок складування і збереження нафтопродуктів, сировини і готової хімічної продукції, скиду стічних вод у поглинаючі свердловини, із сільськогосподарських угідь, які оброблюються добривами і ядохімікатами, або зрошувальними стічними водами. До джерел хімічного забруднення прісних підземних вод відносяться також природні неконденційні поверхневі і підземні води, які відрізняються підвищеною загальною мінералізацією, підвищеним вмістом фтору, заліза, сульфатів, сірководню, урану, радію та інших компонентів, а також води з підвищеною жорсткістю.

Радіоактивне забруднення пов’язане з підвищеним вмістом у підземних водах різних радіоактивних речовин. Радіоактивні компоненти мають періоди піврозпаду – від перших десятків годин, діб до тисяч років і більше. Інша важлива їх властивість є їх висока сорбованість грунтами і гірськими породами, завдяки чому в підземних вод може зберігатися на протязі досить тривалого часу. Джерело радіоактивного забруднення пов’язане з роботою підприємств атомної промисловості, розробкою родовищ радіоактивних елементів (водовідвали, відвали, хвостосховища), проведенням ядерних вибухів, похованням відходів і скидом радіоактивних стічних вод у надра землі.

Теплове забруднення – виявляється в підвищенні їх температури за межі допустимих норм. Цей вид забруднення може супроводжуватися зміною хімічного складу підземних вод, зменшенням вмісту у воді кисню, «цвітінням» води, ростом вмісту мікроорганізмів. Теплове забруднення відбувається в основному під впливом відпрацьованих теплових вод ГРЕС і АЕС, а також у результаті залучення до водозабірних споруд більш нагрітих поверхневих вод.

Механічне забруднення пов’язане з підвищеним вмістом у воді механічних домішок – зернистих частинок, суспендованих частинок, колоїдів тощо. Це явище зустрічається рідко. На значну відстань механічне забруднення можу мігрувати лише в закарстованих породах. Основними джерелами механічного забруднення можуть бути каламутні поверхневі та зливові води.

Виділяють два ступені забруднення підземних вод. Перший відноситься до умови, за яких вміст нормованих компонентів перевищує фоновий вміст, але залишається меншим від гранично допустимої величини. Таке забруднення не перешкоджає продовженню експлуатації. Другий ступінь наступає при концентраціях нормованих забруднюючих компонентів, що перевищують встановлені вимоги. У цьому випадку треба вживати спеціальних заходів з охорони підземних вод, доводити їх якість до потрібних кондицій або при неможливості вжиття таких заходів (наприклад, при підтягуванні солоних вод) – припинити експлуатацію.

Самоочищення води в природі

Забрудненню поверхневих та підземних вод протидіють здатність водних екосистем до самоочищення та процеси природного очищення води під час її кругообігу в атмосфері, літосфері та гідросфері. У водних екосистемах самоочищення відбувається головним чином завдяки життєдіяльності бактерій, водяних рослин та безхребетних тварин. Серед численних факторів самоочищення водойм виділяють фізичні, хімічні та біологічні. До перших відносять розчинення, розведення, перемішування, осідання забруднень, що надходять у водойму. Знезаражування води відбувається під дією ультрафіолетових променів, що згубно діють на бактерії, спори і віруси. До хімічних факторів належить окислення органічних і мінеральних речовин. Про ступінь хімічного самоочищення води свідчать зміни вмісту легкоокислювальних органічних речовин, які визначаються за біохімічною потребою кисню, або зміною загального вмісту органіки, що визначаються за хімічною потребою кисню.

Очищенню води від мікрофлори сприяють деякі хімічні речовини, які крім патогенних бактерій і вірусів можуть згубно вплинути і на ті мікроорганізми, які сприяють самоочищенню водойм. У процесах самоочищення беруть участь водорості та представники тваринного світу - молюски, амеби тощо.

Хімічне забруднення водойм несприятливе для процесів самоочищення, бо гальмує процеси окислення, викликає відмирання мікроорганізмів. Негативний вплив на здатність водойм до самоочищення мають біогенні хімічні сполуки, що надходять з добривами, скидання термальних вод теплоелектростанцій. Розклад нафтопродуктів у водоймах сприяє зростанню бактеріальної флори, збільшенню вмісту розчинних органічних речовин, зокрема таких токсичних, як феноли, нафтоли, ароматичні сполуки.

Швидкість самоочищення водних екосистем залежить як від характеру самої екосистеми, так і від особливостей і вмісту полютантів. Якщо забруднення води перевищує гранично допустиму межу, регенераційні механізми екосистеми руйнуються, самоочищення припиняється і екосистема гине.

Принципи раціонального використання водних ресурсів

Для того щоб уберегши гідросферу нашої планети від остаточного забруднення і вичерпання, необхідно повсюдно перейти до раціонального використання водних ресурсов, яке повинно базуватися на трьох основних принципах:

суворій економії водовитрат;
ефективному очищенні стічних вод;
санітарній охороні підземних вод від забруднення та виснаження.

Широкомасштабне застосування на виробництвах замкнених циклів водокористування (рисунок 2), заміна на підприємствах існуючих водоємких технологій на більш прогресивні маловодоємкі, вдосконалення технології іригаційних робіт, ефективне очищення і широке використання для зрошування та для виробництва стічних вод, заміна старої аварійної водогінної системи водопостачання населених пунктів на сучасну більш надійну, повсюдне встановлення у водокористувачів лічильників, заміна дотеперішньої суто номінальної плати за воду досить високою платою, що відповідає її реальній цінності, все це дасть змогу різко скоротити обсяги використання води для господарських та побутових потреб.

1 - водний об'єкт; 2 - водозабір; 3 - водопідготовка питної води; 4 - водопровід; 5 - житловий масив; 6 - колектор господарсько-побутових стічних вод; 7 - споруди механічного очищення стічних вод; 8 - споруди біологічного очищення; 9 - землеробські поля зрошення з підземними колекторами; 10 - метантенки; 11 - подача мулу на землеробські поля зрошення; 12 - промислові підприємства; 13 - колектор виробничих стічних вод; 14 - повторне використання стічних вод; 15 - скидання зрошувальних вод; 16 - нагромаджувач зрошувальних вод; 17 - повторне використання зрошувальних вод.

Рисунок 2 – Замкнута система водного господарства

Очищення стічних вод

Стічні води є головним джерелом забруднення гідросфери. Тому одним з основних напрямів боротьби з забрудненням поверхневих та підземних вод є очищення стічних вод. Методи, що застосовуються для цього, поділяються на три групи: механічні, фізико-хімічні та біологічні.

Методи механічного очищення полягають у механічному вилученні із стічних вод грубодисперсних нерозчинних домішок шляхом проціджування, відстоювання та фільтрування. Використовуючи фізико-хімічні методи, у забруднену воду вводять реагенти, які сприяють більш повному виділенню нерозчинних сполук, переводу розчинних сполук у нерозчинні або перетворенню шкідливих сполук у нешкідливі. Біологічні методи очищення базуються на життєдіяльності мікроорганізмів, які сприяють окисленню або відновленню органічних речовин, що перебувають у стічних водах у вигляді суспензій, колоїдів та розчинів і є для мікроорганізмів джерелом харчування. Механічне очищення забезпечує розділення рідкої і твердої фаз. Рідка фаза стічних вод піддається біологічному очищенню, природному або штучному. Перше здійснюється на полях фільтрації, полях зрошення, біологічних ставках тощо. Друге пов'язане із застосуванням біологічних фільтрів, аеротенків (великих резервуарів, у яких стічні води продувають потоком повітряних бульбашок і очищають активним, штучно створеним мулом). Такі системи здатні очищати сотні тисяч кубічних метрів стічних вод за добу. Ця вода може повторно використовуватись для промислового водопостачання, зрошення.

Специфічні властивості радіоактивних відходів вимагають застосування спеціальних методів переробки (концентрування відходів або максимального розсіювання їх у навколишньому середовищі так, щоб не перевищити при цьому ГДК радіоактивних ізотопів). Концентрування можна застосовувати до стічних вод з високим рівнем радіоактивності і з великим періодом напіврозпаду радіонуклідів. Після концентрування радіоактивні відходи зберігають у спеціальних резервуарах або переводять у твердий стан.

Засоби очищення радіоактивних стічних вод поділяються на фізико-хімічні (осадження, коагулювання, сорбція, іонообмін, екстрагування, випаровування, дистиляція), електролітичні (електроліз, електродіаліз) та біологічні. Під час очищення радіоактивних стоків методом осаджування до них додають у достатній кількості нерадіоактивний ізотоп цього елемента Метод коагулювання з наступним осадженням застосовують при наявності у воді радіоактивних колоїдів.

Методи біологічної очистки використовують для обробки побутових стічних вод, що містять невеликі кількості радіоактивних речовин. Цей метод базується на здатності радіоізотопів сорбуватися на завислих частинках речовин і вибірково біологічно засвоюватися біоценозами.

При очищенні природних та стічних вод особливу увагу приділяють знешкодженню пестицидів, що є дуже токсичними речовинами. Для цього застосовують методи коагулювання, окислення хлором, озонування та сорбції активованим вугіллям.

З евтрофікацією водойм борються шляхом видалення з води азоту й фосфору, що викликають біологічну активність водних організмів, а також збільшенням у воді кисню за допомогою аераційних пристроїв.

Правова охорона водних ресурсів

Відповідно до Водного кодексу України, водні об'єкти (води) становлять водний фонд, до якого входять ріки, озера, водосховища інші поверхневі водойми і водні джерела, води каналів і ставків; підземні води; внутрішні моря та інші внутрішні морські води; територіальні води.

Оскільки один і той же водний об'єкт може використовуватись для різноманітних потреб промисловості, сільського, рибного господарства, транспорту, в законодавстві встановлений принцип npіоритету питтєвого і побутового водокористування. Це означає, що питтєві і побутові потреби задовольняються в першу чергу, для цих потреб надаються водні об'єкти, якість яких відповідає встановленим санітарним вимогам. Водні об'єкти надаються у користування при дотриманні встановлених законом вимог і умов для задоволення питтєвих, побутових, лікувальних, курортних, оздоровчих та інших потреб населення.

З метою охорони вод законодавство обмежує скидання у водні об'єкти виробничих і побутових відходів, забороняє забруднення вод отрутохімікатами та мінеральними добривами, передбачає необхідність встановлення округів і зон санітарної охорони та проведення інших водоохоронних міроприємств.

На водокористувачів покладається обов'язок дбати про економне використання вод, відновлення та поліпшення їхньої якості. Вони повинні вживати заходи до повного припинення скидання у водні об'єкти неочищених і незнешкоджених стічних вод, ефективно використовувати очисні споруди.

Всі води підлягають охороні від забруднення, засмічення і виснаження, бо ці процеси можуть заподіяти шкоду здоров'ю населення, зумовити зменшення рибних запасів, погіршення умов водокористування та інші шкідливі наслідки. 3 цією метою встановлюються зони (смуги) санітарної оборони зі спеціальним режимом, тобто території, на яких суворо обмежена господарська діяльність, що може шкідливо впливати на стан водних об'єктів.

Водне законодавство забороняє введення в експлуатацію нових і реконструйованих підприємств та інших об'єктів, не забезпечених очисними пристроями, які попереджають забруднення і засмічення вод та шкідливу дію їх.

За забруднення, засмічення вод та інші порушення водного законодавства може наступати адміністративна, кримінальна або цивільна відповідальність. За самовільне поступання правом на водокористування, а також укладання інших угод, які в прямій або прихованій формі порушують право державної власності на води; самовільне захоплення водних об'єктів або самовільне водокористування; забруднення і засмічення вод; пошкодження водогосподарських споруд громадяни і службові особи караються штрафом. Кримінальна відповідальність, що передбачає позбавлення волі терміном до 5 років, встановлена за забруднення річок, озер та інших водних об'єктів неочищеними і незнешкодженими стічними водами, покидьками та відходами промислових і комунальних підприємств, що може, заподіяти шкоду здоров'ю людей, сільськогосподарському виробництву або рибним запасам, а також за забруднення моря речовинами, шкідливими для здоров'я людей чи для живих ресурсів моря або іншими відходами і матеріалами. Цивільна відповідальність полягає у відшкодуванні збитків, заподіяннях порушенням водного законодавства, які визначаються за спеціальною методикою.

Охорона підземних вод

Це система заходів, спрямованих на попередження та усунення наслідків забруднення і виснаження вод; при цьому ставиться за мету зберегти таку якість і кількість вод, яке дозволяє використовувати їх в народному господарстві. Основними об'єктами охорони є експлуатовані водоносні горизонти і водозабори господарсько-питного призначення.

Охорона підземних вод від забруднення являє собою складну задачу, що пов'язано з необхідністю не стільки заздалегідь виявити, скільки своєчасно попередити можливість надходження забруднювача у водоносний пласт. В іншому випадку забруднення підземних вод виявляється з запізненням і ліквідація його стає справою складною, дорогим, а часом і просто неможливим. Тому охорона водозаборів підземних вод повинна передбачати різноманітні профілактичні та інші захисні заходи, в числі яких організація зон санітарної охорони водозаборів - важливий, хоча і не єдиний елемент.

Охорона підземних вод включає в себе кілька аспектів, це і комплекс заходів з мінімізації негативного впливу на підземну гідросферу (тобто розробка заходів щодо захисту підземних вод від забруднення), і комплекс заходів правового законодавства з охорони природних ресурсів.

Заходи з охорони підземних вод від забруднення поділяються на:

- профілактичні, спрямовані на збереження природної якості підземних вод;

- локалізаційні, що перешкоджають збільшенню та просуванню створилося у водоносному горизонті вогнища забруднення; відновлювальні, що проводяться для видалення забруднень з водоносного горизонту і відновлення природної якості підземних вод.

Досвід показує, що для здійснення заходів з ліквідації забруднення підземних вод потрібні великі кошти, крім того, виникають технічні труднощі, пов'язані з необхідністю очищення відкачуваних забруднених підземних вод через неможливість їх використання або скидання у водоймище. Між тим методи очищення підземних вод від хімічних забруднень розроблені недостатньо і також вимагають великих експлуатаційних витрат внаслідок великого обсягу підлягають очистці підземних вод. Якщо осередок забруднення у водоносному горизонті має великий обсяг, ліквідація забруднення стає практично нездійсненною. Тому основним напрямом у боротьбі із забрудненням підземних вод повинно бути здійснення системи профілактичних заходів, що враховують тісний зв'язок підземних вод з поверхневими.

Головну роль у запобіганні забруднення підземних вод відіграють заходи загального характеру. До їх числа в першу чергу слід віднести всі заходи щодо запобігання забруднення річок і водойм; вдосконалення методів очищення промислових та господарсько-побутових стічних вод; створення виробництв з безстічної технологією і замкнутих систем промислового водопостачання та каналізації; ізоляцію комунікації, несучих стічні води; ліквідацію або очищення газодимового викидів на підприємствах; обмеження використання отрутохімікатів і добрив на сільськогосподарських територіях; глибоке підземне поховання особливо шкідливих стоків, очищення яких економічно не виправдана.

Багато заходів профілактичного характеру повинні здійснюватися за активної участі фахівців-гідрогеологів. До таких заходів належать:

- цілеспрямований вибір водоносного горизонту, місця розташування водозабору та режиму його експлуатації, тобто визначення продуктивності, числа і розташування водозабірних споруд, а також допустимого зниження рівня підземних вод з метою збереження належної якості підземних вод на весь період експлуатації водозабору;

- оцінка природного та прогнозного якості підземних вод з позицій задоволення вимогам державних стандартів на якість води і при врахуванні можливості і техніко-економічної ефективності штучного поліпшення якості води;

- виконання гідрогеологічних розрахунків для обгрунтування розмірів зони санітарної охорони для кожного водозабору господарсько-питного призначення;

- призначення в межах зони санітарної охорони санітарно-технічного режиму, відповідного гідрогеологічним умовам і специфіці господарського освоєння території в районі водозабору.

За обов'язкової участі гідрогеологічних організацій за даними спеціальних вишукувань повинно також проводитися обгрунтування вибору безпечного щодо забруднення підземних вод місця розташування нових промислових підприємств, населених пунктів і сільськогосподарських об'єктів. Геологічний контроль особливо важливий при виборі ділянки розміщення нових підприємств з великою кількістю стічних вод та відходів, тваринницьких комплексів і ферм. При цьому необхідно враховувати природну захищеність придатних для водопостачання підземних вод і зв'язок окремих водоносних горизонтів між собою і з поверхневими водами. Як правило, слід уникати будівництва водоємних промислових підприємств в долинах річок, на заплавах і алювіальних терасах, а також в інших районах, де грунтові або погано захищені підземні води використовуються або можуть бути використані для водопостачання.

Якщо за техніко-економічним або інших причин не можна відмовитися від розміщення нового підприємства в районі незахищеного водоносного горизонту, то гідрогеологічні дані повинні бути достатніми для розробки рекомендацій по захисним заходам і створенню спостережної мережі свердловин, за допомогою яких контролюється ефективність цих заходів.

Значний успіх у справі охорони підземних вод забезпечує створення регіональних водоохоронних зон, які охоплюють всю область живлення і розповсюдження водоносного горизонту, використовуваного для водопостачання, або її значну частину. Тут вводяться певний режим використання території, регламент експлуатації існуючих підприємств, строгий контроль над очищенням і скиданням стічних вод, санітарним станом грунтів, повітря, природних вод і т. п.

Профілактиці забруднення підземних вод сприяє моніторинг якості підземних вод, тобто науково обгрунтована система тривалих натурних спостережень за основними динамічними характеристиками водоносного горизонту: рівнями, напорами, хімічними і бактеріологічними складом, температурою води і т. п. Аналіз цих даних дозволяє отримати просторово- тимчасову картину забруднення, пояснити зміни, що відбулися і дати прогноз очікуваних змін якості підземних вод.

Спеціальні профілактичні заходи технічного характеру застосовуються для ізоляції підземних вод від промислових, сільськогосподарських і комунальних відходів, водорозчинного сировини, продуктів виробництва. Вибір схеми, типу, конструкції та проектування профілактичних технічних заходів проводяться за даними інженерно-геологічних вишукувань та спостережень.

Вибір захисних заходів грунтується на аналізі природних умов даної території, врахування характеру і впливу джерела забруднення і на техніко-економічних розрахунках.

Відновлення якості підземних вод реально лише при малих розмірах забрудненої ділянки; в цих цілях рекомендується промивання водовмісних порід чистою водою, яка подається через свердловини або траншеї. При цьому воду можна очищати киснем або речовинами, які сприяють деградації забруднень, їх нейтралізації. Цей метод використовується як завершальний етап комплексу заходів з ліквідації забруднення підземних вод.

Підводячи підсумок даній роботі, зробимо ряд узагальнюючих висновків:

1. Безпечна в епідемічному відношенні вода не повинна містити хвороботворних бактерій і вірусів. Зазвичай використовуються непрямі мікробіологічні показники нешкідливості води, що характеризують ступінь загального забруднення води мікроорганізмами і вміст мікроорганізмів групи кишкової палички. Але, в результаті антропогенного впливу відбувається забруднення та виснаження підземних вод.

2. Забруднення підземних вод спричиняє за собою цілий ряд екологічних і соціальних наслідків. Потребує серйозної уваги поширення забруднюючих компонентів з підземних вод по харчових ланцюгах. У цьому випадку токсичні елементи потрапляють в організм людини не тільки з питною водою, але і через рослинну і тваринну їжу. Навіть якщо населення не п'є забруднену воду, а тільки використовує її для приготування їжі, водопою худоби і поливу рослин, це може відбитися на здоров'ї не лише нинішнього, але й наступних поколінь.

3. Охорона джерел питного водопостачання від забруднення та виснаження завжди була актуальною проблемою. Однак, останнім часом, що характеризується бурхливим розвитком усіх галузей промисловості і сільського господарства, вона стає ще більш актуальною і разом з тим набагато більш складною. Це пояснюється як збільшенням числа потенційних джерел забруднення, так і появою нових видів забруднювачів.