Оригинальные способы очистки воды от нефти. Реферат. - Экология
Значение воды
Человек — дитя Природы, вся его жизнь проходит по её законам и правилам,
но при этом нельзя не отметить всё увеличивающееся негативное воздействие
хозяйственной деятельности на окружающую среду. Изменения происходят во
всё возрастающих масштабах в результате вырубки лесов, распашки обширных
площадей, гидротехнических мероприятий, влияющих на речной сток и режим
грунтовых вод, забора большого количества речных, подземных и озерных вод,
и в особенности их загрязнения. Соответственно с этим меняется жидкий,
газообразный и твёрдый сток в моря и океаны.
В скором будущем войны на Земле
могут возникнуть
в борьбе за пресную воду.
Футурологи
Вода - вещество привычное и необычное. Известный советский ученый академик
И.В.Петрянов свою научно - популярную книгу о воде назвал “Самое
необыкновенное вещество в мире”. А доктор биологических наук Б.Ф.Сергеев
начал свою книгу “Занимательная физиология” с главы о воде - “Вещество,
которое создало нашу планету”.
Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в
процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение
вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве.
Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех
растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.
Вода — комплексный природный ресурс, состоящий из воды Мирового океана (94
%), подземных вод (4 %), льда и снега (2 %), воды рек, озер и болот (0,4
%). Весь природный водный комплекс функционирует как единый, хотя в
кратковременный интервал времени отдельные водоемы могут быть относительно
изолированными. Распределена вода по территории Земли и отдельным регионам
неравномерно.
Распределение воды и ее потребление по континентам (общее/безвозвратное)
+------------------------------------------------------------------------------+
| | |Водопотребление| |
| |Среднегодовой|---------------+-------------------+ |
|Континент| сток рек, | | | км3/год | % к стоку | |
| | км3/год | | |---------+-------------------+------------------|
| | | | | | | 1970 г. | 2002 г. |1970 г. | 2002 г. |
|---------+-------------| | | | |---------+---------+--------+---------|
| Европа | 3 210 | | | | | 320/100 | 730/240 |10,0/3,1|23,0/7,5 |
|---------+-------------| | | | |---------+---------+--------+---------|
| Азия | 14 410 | | | | |1500/1130|3200/2000|10,4/7,6|22,7/13,9|
|---------+-------------| | | | |---------+---------+--------+---------|
| Африка | 4 570 | | | | | 130/100 | 380/250 |2,8/2,2 | 8,3/5,5 |
|---------+-------------| | | | |---------+---------+--------+---------|
|Северная | 8 200 | | | | | 540/160 |1300/280 |6,6/2,0 |15,8/3,4 |
| Америка | | | | | | | | | |
|---------+-------------| | | | |---------+---------+--------+---------|
| Южная | 11 760 | | | | | 70/50 | 300/130 |0,6/0,4 | 2,5/2,1 |
| Америка | | | | | | | | | |
|---------+-------------| | | | |---------+---------+--------+---------|
|Австралия| 2 390 | | | | | 23/12 | 60/30 |1,0/0,5 | 2,5/1,2 |
|и Океания| | | | | | | | | |
|---------+-------------| | | | |---------+---------+--------+---------|
| Всего: | 46 540 | | | | |2583/1552|5970/5930|5,8/3,4 |13,0/6,7 |
+------------------------------------------------------------------------------+
Вода занимает особое положение среди природных богатств Земли - она
незаменима. Иссякнут запасы металлов - быть может, удастся заменить их
пластмассами; не хватит растительных и животных белков - научатся получать
синтетические; даже вместо обычного воздуха пригодна в некоторых случаях
искусственная смесь газов. Вода будет необходима во все века и всюду, где
существуют земные формы жизни. Недостаток пресной воды на земном шаре
можно восполнить различными путями: опреснять морскую воду, как это делают
в Кувейте (первое место в мире по производству опресненной воды). Также
заменять ею, где это возможно в технике, пресную воду; сточные воды до
такой степени, чтобы их можно было спокойно спускать в водоёмы и водотоки,
не боясь загрязнить, и использовать вторично; экономно расходовать пресную
воду, создавая менее водоёмкую технологию производства, заменяя, где это
можно, пресную воду высокого качества водой более низкого качества.
Пресная вода на мировом рынке становится таким же дефицитом, как и нефть,
газ, каменный уголь, воздух.
Отец русской геологии академик А.П. Карпинский писал, что нет более
драгоценного ископаемого, чем вода, без которой нельзя жить. Ввиду этого
не только для специальных геологоразведочных целей, а специально для
жизни, для земледелия, для всего вода - самое главное ископаемое.
На современном этапе определяются такие направления рационального
использования водных ресурсов: более полное использование и расширенное
воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических
процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов, и свести к
минимуму потребление свежей воды. Где вода там жизнь, так скажем об этом
необыкновенном веществе.
Мировой океан
Мировой океан определяет лицо биосферы: огромная масса его вод формирует
климат планеты, служит источником атмосферных осадков. Более половины
кислорода поступает в атмосферу из океана. Мировой океан - уникальный
регулятор количества углекислоты в атмосфере. Неоценима роль океана в
развитии нашей цивилизации. В Мировом океане ежегодно вылавливается 85 млн
т рыбы и других морепродуктов. Это всего около 1% мирового производства
продовольствия, но это и 15% потребляемых человечеством белков. Почти
треть добываемой на планете нефти поступает из скважин, пробуренных в
морском дне. К началу 21 века морская нефть может составить половину всей
добычи. На шельфе неуклонно растёт и добыча газа. Огромные запасы энергии,
по сути ещё не тронутые человеком, таит в себе океан (энергия приливов,
океанических течений и волн, энергия температурных контрастов поверхностых
и донных слоёв воды, энергия горячих термальных источников, запасы
дейтерия). Из сырьевой кладовой океана ведётся полупромышленная добыча
железомарганцевых конкреций, которыми особенно богато дно Тихого океана.
Уже сейчас экономически целесообразно извлекать из них никель, кобальт,
медь. Запасы конкреций поистине астрономические - порядка 2-3 трлн т.
Морские драги вполне рентабельно добывают на мелководьях золото, алмазы,
минералы, содержащие титан и цирконий. Переработка морской воды даёт около
трети потребляемой в мире поваренной соли, пятую часть магния, а также
бром, калийные удобрения. В морской воде содержится почти вся таблица
Менделеева, за исключением короткоживущих искусственно созданных
элементов.
Мировой океан - это протеин для голодающих, новые лекарства, вода для
пустынь, энергия и минералы для промышленности, условия для отдыха. Всё
это с избытком может дать человечеству океан, если удвоить усилия по его
изучению, подойти к его богатствам по-хозяйски, рационально.
Загрязнения
Промышленные и химические загрязнения
Среди загрязнения различных видов окружающей среды, химическое загрязнение
природных вод имеет особое значение. Достаточно сказать, что без воды
человек живет считанные дни. Поэтому рассмотрим подробнее химическое
загрязнение природных вод. Всякий водоем или водный источник связан с
окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия
формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные
природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство,
транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием
этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ей
веществ - загрязнителей, ухудшающих качество воды.
Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды
несвойственными ей веществами химической природы. Среди них - газообразные
и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения.
Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее
развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону
повышения среднегодовой температуры на планете. Вызывает тревогу у
экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и
нефтепродуктами, достигшее уже 1/5 его общей поверхности. Нефтяное
загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газо- и
водообмена между гидросферой и атмосферой. Не вызывает сомнений и значение
химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность,
ведущая к распаду экосистемы. В целом все рассмотренные факторы, которым
можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на
процессы, происходящие в биосфере.
Теперь хотелось бы остановиться на загрязнении вод Мирового океана, и
описать способы и последствия загрязнений.
Загрязнение Мирового океана
В противоположность установившемуся мнению, океан является наиболее
подходящем местом для сброса некоторых отходов человеческой деятельности.
Если этот процесс тщательно контролируется, он не несёт вреда жизни
океана.
У.Баском
Август 1974 г.
В последние 2-3 десятилетия Мировой океан испытывает значительное влияние
хозяйственной деятельности. Около 80% населения Земли живут па морском
побережье или в пределах 100 км от него; здесь сосредоточена половина
крупнейших городов мира с населением более 1 млн. человек. В экономически
развитых странах большая часть промышленности размещена в прибрежных
районах.
Прибрежные районы являются наиболее уязвимыми и подвергающимися
антропогенному воздействию. Строительство плотин и водохранилищ, а также
частичный отвод речных вод сократили сток в море во многих районах. Это
привело к усилению береговой эрозии, засолению эстуариев и прибрежных
грунтовых вод, а также оказало значительное воздействие на водные
организмы, которые воспроизводятся на границе пресной и морской воды. В
большинстве районов изменился и состав речных стоков. реки выступают в
качестве крупномасштабных коллекторов и переносчиков сточных вод из
различных источников (особенно бытовых и промышленных отходов) в пределах
их водосборных бассейнов. Другие виды хозяйственной деятельности также
наносят ущерб морю и его ресурсам. Использование агрохимикатов,
обезлесивание, ирригация и некоторые другие виды землепользования приводят
к загрязнению морской среды.
Морские воды загрязняются в результате захоронения различных отходов,
выброса мусора и нечистот с кораблей, к сожалению, частых аварий. В Тихий
океан ежегодно сбрасывается около 9 млн т отходов, в воды Атлантики —
свыше 30 млн т. Океаны и моря загрязняются такими вредными для них
веществами, как нефть, тяжелые металлы, пестициды, радиоизотопы.
Газообразные токсические вещества, как окись углерода, двуокись серы,
поступают в морскую воду из атмосферы. По подсчетам Калифорнийского
технологического института, в Мировой океан с дождями ежегодно осаждается
50 тыс. т. свинца, попадающего в воздух с выхлопными газами автомобилей. В
городах близ береговой линии в морской воде нередко обнаруживается
патогенная микрофлора. Степень загрязненности постоянно растет.
Способности воды к самоочищению порой оказывается недостаточной, чтобы
справиться с постоянно увеличивающимся количеством сбрасываемых отходов.
Под влиянием течений загрязнения перемешиваются и очень быстро
распространяются, оказывая вредное воздействие на зоны, богатые животными
и растительностью, нанося серьезный ущерб состоянию морских экосистем.
Человечество губит само себя. Мы роем яму себе таких размеров, что
выбираться из неё мы будем не одно десятилетие, так как периодичность
полного обмена массы воды, которая близка к периоду естественной очистки,
составляет:
мировой океан — 2500 лет (полное перемешивание вод — 63 года)
подземные воды — 1400 лет;
почвенная влага — 1 год; полярные ледники — 9700 лет;
ледники горных районов — 1600 лет;
подземные льды многолетней мерзлоты — 10 000 лет;
воды озер — 17 лет;
воды болот — 5 лет;
воды в руслах рек — 16 дней;
влага в атмосфере — 8-10 дней;
вода в живых организмах — несколько часов.
Изменение характеристик воды влечет снижение ее продуктивности как среды
обитания, делает невозможным ее использование человеком, она становится
непригодной для бытовых, сельскохозяйственных и промышленных процессов. Но
несмотря на все эти факторы считается, что в целом состояние Мирового
океана пока еще удовлетворительно, но в прибрежных акваториях
экологическая ситуация отличается напряженностью, а в ряде случаев
является опасной. Такую ситуацию мы можем наблюдать в Черном море.
Оказавшееся в центре политических, экономических и военных катаклизмов
современности Черное море стало самым загрязненным в мире и умирает
мучительной смертью. Известное еще со времен Овидия и Геродота жестокими
штормами и рыбными богатствами море в последние тридцать лет превращается
в сточную яму для половины Европы место сброса огромных количеств
соединений фосфора, ртути, ДДТ, нефтяных и других вредных отходов,
производимых 160 млн. людей, проживающих на его побережье. Безусловно, это
не проходит без последствий. На сегодняшний день из 26 видов рыб, которые
вылавливали там рыбаки в 60-е годы, осталось только пять. Миллионная
популяция черноморских дельфинов за тридцать лет сократилась до 200 тысяч.
Исчез местный вид тюленей. Устрицы и мидии, которых называют почки моря,
потому что они фильтруют воду, также погибают. Густые заросли полезных
водорослей, занимавшие раньше более 10 тыс. км2 на северо-западном шельфе,
теперь сохранились лишь на 1/10 этой территории.
Возьмем в пример Турцию, государство с бурно развивающейся экономикой,
берега которой омывает Черное Море. Это государство всегда отдавало
предпочтение экономическим программам перед экологическими, но теперь оно
должно пересмотреть свою позицию. Девятимиллионный Стамбул сбрасывает
нечистоты и отходы в Мраморное море. В результате этот водоем, служивший
некогда нерестилищем для рыбы Черного моря, превращается в зловонное
болото, поверхность которого покрыта нефтяными пятнами. Образовавшаяся в
1973 г. бескислородная зона немногим более 3,5 тыс. км2 сейчас расширилась
почти до 50 тыс., что составляет почти 10 % всей акватории Черного моря.
По оценкам некоторых ученых, общая потеря рыбы составила 5 млн. тонн. Пока
выживает рыба, которая держится недалеко от поверхности, такая как анчоусы
и килька. Но и они становятся жертвами других губительных факторов. Черное
море находится на краю гибели. В бедственном положении находятся и другие
крупнейшие реки Европы Рейн, Влтава, Дон. В Северном, Балтийском,
Средиземном и Черном морях скопилось огромное количество тяжелых металлов,
нефтепродуктов, фенолов, органических загрязнителей. Опасного уровня
достигает скопление сероводорода. В ряде морских акваторий обнаруживаются
радионуклиды, в частности в Северном море цезий-137.
В настоящее время загрязнение Мирового океана — одна из серьезных проблем
человечества. Французский ученый Жак Ив Кусто, совершивший продолжительные
плавания в Атлантический, Индийский и Тихий океаны, в статье «Океан — на
пути к смерти» пишет, что жизнь в океане уменьшилась на 40%, она исчезает
с потрясающей быстротой. В течение 50 лет исчезли более тысячи видов
морских животных, их уже невозможно восстановить.
Пожалуй, ни одна проблема не вызывает сейчас у человечества таких
оживленных дискуссий, как проблема загрязнения Мирового океана. Последние
десятилетия знаменуются усилением антропогенных воздействий на морские
экосистемы в результате загрязнения морей и океанов, техногенных
катастроф. Распространение многих загрязняющих веществ приобрело
локальный, региональный и даже глобальный масштабы. Поэтому загрязнение
морей, океанов и их ”обитателей” стало важнейшей международной проблемой,
а необходимость охраны морской среды от загрязнений диктуется требованиями
рационального использования природных ресурсов. Это тем более серьёзно,
что океан невозможно очистить, как реку или озеро.
Нефтяное загрязнение и его последствия
К числу наиболее вредных химических загрязнений, как указано в принятой в
конце 1972 г. Международной конвенции по предотвращению загрязнений морей
сбросами отходов, относятся нефть и нефтепродукты.
В связи с ростом добычи, транспортировки, переработки и потребления нефти
и нефтепродуктов расширяются масштабы загрязнения природы.
Растет загрязнение нефтяными продуктами и водной среды. «Океан умирает, он
болен по вине человека»,— эти слова Тура Хейердала хорошо известны. Еще в
1969 г. во время плавания через Атлантический океан на папирусном судне
«Ра» он отмечал, что поверхность моря была свободна от глобул нефти и
дегтя только в течение нескольких дней за весь двухмесячный период
путешествия. В настоящее время положение не улучшилось.
Основными способами загрязнения воды нефтью являются:
1.Техногенные катастрофы:
Слово "танкер" (англ. tanker) происходит от tank - цистерна. Так называют
судно для перевозки жидких грузов (нефть, кислоты, расплавленная сера и т.
д.) в судовых цистернах (танках). Танкеры принадлежат к числу самых
больших судов: длина более 350 м, дедвейт (полная грузоподъемность) 500
тыс. т.
Танкерный флот обеспечивает транспортировку половины добываемой на мировом
шельфе нефти. А в мире добывают около 2,2 миллиарда тонн нефти в год,
причем в море около 440 миллионов тонн. Ее транспортировка на танкерах
(ежегодно по 1,5 млрд. т), конечно же, не обходится без аварий. А это -
гибель многих обитателей морей и океанов, загрязнение пляжей. Аварии
танкеров относятся к числу так называемых техногенных катастроф, причина
которых и в 0x08 graphic
хозяйственной деятельности людей, часто связанной с принятием
непродуманных решений, халатностью, а иногда просто с непрофессионализмом
и незнанием природных закономерностей.
Техногенные экологические катастрофы, вызванные разливами нефти при
авариях на танкерах, относятся к числу наиболее распространенных.
По данным международной организации ИМКО, Общее количество нефти и
нефтепродуктов, ежегодно попадающих в воды Мирового океана, уже сейчас
достигает 10 млн т. Причем эта опасность растет с увеличением тоннажа
танкеров и их количества. По подсчетам специалистов, общая вероятность
аварии равна 0,4 на 1000 рейсов. Вероятность риска разлива принимается
равной 0,05 на 1000 рейсов в открытом море и 0,25 в опасных местах. С
учетом вероятной частоты аварии с посадкой на мель и столкновением средний
размер нефтяного разлива может быть оценен как 1/48 от количества
перевозимой за рейс нефти.
Например, в районе Британских островов ежегодно жертвами таких катастроф
оказываются от 50 до 250 тыс. морских птиц. Впервые серьезное загрязнение
океана нефтью произошло при гибели супертанкера "Торри Кэньон" он разбился
на скалистом побережье Корнуолла. Это произошло 18 марта 1967г. Он
перевозил 119 328 т сырой нефти. Авария произошла днем при относительно
спокойном море. Вся нефть оказалась в море. Но и попытка устранения
нефтяного загрязнения причинила огромный вред морским обитателям. Спустя
12 ч после катастрофы были применены различные детергенты (растворители),
способные связывать нефть. В море вылили более 13,5 тыс. т
высокотоксичного препарата ВР 1002(диспергаторы химических соединений,
разбивающие сплошной слой нефти на мелкие капли).
Последствия применения препарата BP 1002 для всего живого в море он
оказался страшнее нефти. В районе аварии у крабов отпадали конечности, и
они умирали, попадались мертвые омары. Погибли морские ежи, моллюски;
песчаные угри, многие другие рыбы. В прибрежной зоне погибли все мидии.
Прошло два года, пока живой мир побережья в тех местах, где нефть
выбросило на берег, хоть чуть-чуть восстановился. А там, где применяли
диспергаторы, до восстановления флоры и фауны прошли десятилетие:
противоядие оказалось хуже яда.
2.1 Большие массы нефти с суши поступают в моря по рекам, с бытовыми и
ливневыми стоками. Объем загрязнения нефтью из этого источника превышает 2
млн. т. нефти в год. Со стоками промышленности и нефтеперерабатывающих
заводов в море ежегодно попадает до 0,5 млн. т. нефти.
2. 2 Естественный:
В проливе Санта-Барбара у Калифорнии уже многие века в море просачивается
из трещин и расщелин в морском дне ежегодно 3000 т нефти, однако,
загрязнения у берегов не наблюдается. Сравнительно быстрое поглощение
нефти объясняется несколькими причинами. Нефть испаряется. Бензин
полностью испаряется с поверхности воды за шесть часов. За сутки
испаряется не менее 10 % сырой нефти, примерно за 20 дней - 50 %. Но более
тяжелые нефтепродукты почти не испаряются. Нефть эмульгируется и
диспергируется, то есть разбивается на мелкие капельки. Сильное волнение
моря способствует образованию эмульсии нефти в воде и воды в нефти. При
этом сплошной ковёр нефти разрывается, превращается в мелкие капельки,
плавающие в толще воды. Нефть растворяется. В её составе имеются вещества,
растворимые в воде, хотя их доля, в общем невелика.
Нефтяное загрязнение наносит жестокий удар по биологическому равновесию
моря. Пятно не пропускает солнечные лучи, замедляет обновление кислорода в
воде. В результате перестает размножаться планктон — основной продукт
питания морских обитателей.
В верхних пяти — десяти сантиметрах водной толщи развивается богатейшее
сообщество самых разнообразных организмов. Его называют нейстоном. Здесь
находится «питомник» молоди очень многих видов рыб и беспозвоночных
животных, которые во взрослом состоянии населяют водную толщу и дно морей
и океанов. На поверхности океана накапливаются и вещества-загрязнители, в
том числе нефть и нефтепродукты. Растворимые компоненты нефти очень
ядовиты. Их присутствие приводит к гибели морских обитателей и прежде
всего рыб, чем наносится серьезный ущерб экономике ряда стран мира.
Растворимые компоненты нефти нередко становятся причиной гибели морских
птиц, .отрицательно влияют на вкусовые качества мяса морских животных. В
загрязненной нефтью воде во взвешенном состоянии находится бесчисленное
количество мельчайших нефтяных пузырьков. Их углеводородные компоненты
отравляют морских беспозвоночных, служащих кормом для рыб. Они действуют и
на самих рыб. В результате много их гибнет, а остающаяся живой рыба не
может быть использована в пищу из-за нефтяного запаха и привкуса.
Если оплодотворенную икру рыбы поместить в аквариум с весьма
незначительной концентрацией нефтепродуктов, то большинство зародышей
погибает, а многие из уцелевших оказываются уродами. Нефть отрицательно
влияет на физиологические процессы, вызывает патологические изменения в
тканях и органах, нарушает работу ферментативного аппарата, нервной
системы. Нефть — своего рода наркотик для морских обитателей. Замечено,
что некоторые рыбы, «хлебнув» однажды нефти, уже не стремятся покинуть
отравленную зону.
Нефтяное загрязнение — грозный фактор, влияющий на жизнь всего Мирового
океана. Особенно опасно загрязнение высокоширотных вод, где из-за низкой
температуры нефтепродукты практически не разлагаются и как бы
«консервируются» льдами, поэтому нефтяное загрязнение может нанести
серьезный ущерб окружающей среде Арктики и Антарктики.
Нефтяные катастрофы
По оценке национальной Академии наук США в середине 70-х годов только в
морскую среду попадало примерно 6 млн. т нефти. К концу 70-х годов выбросы
нефти в моря и океаны возросли до 10 млн. т/год. Наибольший вред наносят
разливы нефти в результате катастроф танкеров и аварий на морских буровых
платформах. Число таких аварий необычайно велико: только в США в 1972—1976
гг. береговой охраной регистрировалось в среднем 12,3 тыс. случаев таких
выбросов в год. При сохранении числа аварий прослеживается тенденция к
увеличению масштабов единовременных выбросов нефти главным образом из-за
аварий супертанкеров. Выбросы нефти в конце 60-х — начале 70-х годов в
результате катастроф таких танкеров, как «Белен» и «Торри Каньон», меркнут
в сравнении с разливом 220 тыс. т нефти при аварии танкера «Амоко Кадис» в
марте 1978 г. Анализ последствий этой аварии для окружающей среды,
выполненный 20 месяцев спустя, показал, что в течение последующих трех —
пяти лет добыча устриц в пораженной акватории будет невозможна, а осевшая
на дно нефть будет выбрасываться на поверхность штормами по крайней мере в
течение 10 ближайших лет. Прогноз подтвердился.
Возрастает
|
