K004344 Дипломная работа Влияние различных загрязняющих веществ на окружающую среду

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Влияние различных загрязняющих веществ на окружающую среду

1.1 Сточные воды промышленности

1.2 Влияние сточных вод на состояние водоемов

1.3 Влияние органических загрязнений на состояние водоемов

1.4 Влияние неорганических соединений на состояние водоемов

1.5 Влияние неорганических соединений на состояние водоемов

1.6 Влияние СПАВ на состояние водоемов

1.7 Влияние нефтепродуктов на водную флору и фауну

1.8 Влияние загрязненных природных вод на здоровье человека

1.9 Влияние сточных вод на реку Преголя

ГЛАВА 2. Методы очистки

2.1 Определение и классификация очистных сооружений

2.2 Охрана водных ресурсов

2.3Правовые основы и методы обеспечения природоохранного законодательства в области охраны природных вод

ГЛАВА3. Очистные сооружения на АО ПСЗ «ЯНТАРЬ»

ВВЕДЕНИЕ

С каждым годом все острее встает проблема взаимоотношений человека с окружающей средой. Развитие промышленности, стремительное освоение некогда заповедных районов в ряде случаев нанесли природе неисправимый ущерб. Сброс промышленных сточных вод приводит к загрязнению естественных водоемов. Наиболее интенсивному антропогенному воздействию подвергаются пресные поверхностные воды суши (реки, озера, болота и др.).[5]

В настоящее время проблема загрязнения водных объектов является наиболее актуальной, т.к. всем известно выражение - «вода - это жизнь». Без воды человек не может прожить более трех суток, но, даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами. Науке известно более 2,5 тыс. загрязнителей природных вод. Это пагубно влияет на здоровье населения и ведет к гибели рыб, водоплавающих птиц и других животных, а также к гибели растительного мира водоёмов. При этом не только ядовитые химические и нефтяные загрязнения, избыток органических и минеральных веществ также опасны для водных экосистем. Очень важным аспектом загрязнения водного бассейна Земли является тепловое загрязнение, которое представляет собой сброс подогретой воды с промышленных предприятий.[9]

Экологический аспект данной проблемы состоит в том, что загрязнение водоемов сточными водами приводит к изменению химического состава, нарушению круговорота веществ, разрушению естественных экосистем, исчезновению видов, генетическому ущербу.[8]

Социальный аспект состоит в том, что загрязнение природных вод приводит к нарушению качества питьевой воды, вызывает различные заболевания, наносит эстетический ущерб, т.е. население не может использовать водоемы в рекреационных целях.[8]

Затраты на ликвидацию загрязнений, на очистку сточных вод, плата за сброс сточных вод в водные объекты являются экономическим аспектом данной проблемы.

Политическим аспектом является проведение различных программ по охране водных ресурсов, принятие законов в области охраны водных объектов и условий сброса сточных вод.[8]

Объектом исследования являются очистные сооружения промышленных сточных вод АО ПСЗ «Янтарь».

Целью дипломной работы является оценкаэффективности работы очистных сооружений  промышленных стоков предприятия АО ПСЗ «Янтарь».

Задачи:

- рассмотреть состав сточных вод промышленного предприятия;

- оценить влияние сточных вод промышленного предприятия на состояние природных вод, на растительный и животный мир водоемов и здоровье человека;

- рассмотреть правовые основы и методы обеспечения природоохранного законодательства в области охраны природных вод;

ГЛАВА 1

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Водные ресурсы являются основой жизни и деятельности народов, проживающих на Земле, и обеспечивают экономическое, социальное благополучия населения, существование животного и растительного мира.

Воды являются возобновляемым, но ограниченным и уязвимым природным ресурсом.

Масштабное водохозяйственное строительство для удовлетворения все возраставших потребностей народного хозяйства и населения в водных ресурсах, в большинстве, осуществлялось без необходимого учета отдаленных последствий и возможных изменений природных циклов в гидросфере, что привело к появлению столь же масштабных негативных изменений в состоянии водных объектов. По сути, водные ресурсы уже не могут в полной мере считаться возобновимыми. Практически все поверхностные и значительная часть подземных водных объектов, особенно в европейской части страны и в районах размещения крупных промышленных и сельскохозяйственых комплексов, испытывает значительное антропогенное воздействие, что выразилось в загрязнении, истощении и деградации водных объектов.[9]

Наиболее интенсивному антропогенному воздействию подвергаются пресные поверхностные воды суши (реки, озера, болота, почвенные и грунтовые воды). Хотя их доля в общей массе гидросферы невелика (менее 0,4%), высокая активность водообмена многократно увеличивает их запасы. Под активностью водообмена понимается скорость возобновления отдельных водных ресурсов гидросферы, которая выражается числом лет (или суток), необходимых для полного возобновления водных ресурсов.[18]

Огромное количество загрязняющих веществ вносится в поверхностные воды со сточными водами различных предприятий.

Сточные воды  промышленности занимают среди стоков других производств одно из первых мест по объему и концентрации загрязнений.[18]

Загрязняющие вещества, поступая в природные воды, вызывают изменение физических свойств среды (нарушение первоначальной прозрачности и окраски, появление неприятных запахов и привкусов и т.п.); изменение химического состава, в частности появления в ней вредных веществ; появление плавающих веществ на поверхности воды и отложений на дне; сокращение в воде количества растворенного кислорода вследствие расхода его на окисление поступающих в водоем органических веществ загрязнения; появление новых бактерий, в том числе и болезнетворных.

Из-за загрязнения природных вод они оказываются непригодными для питья, купания, водного спорта и технических нужд. Особо пагубно оно влияет на рыб, водоплавающих птиц, животных и другие организмы, которые заболевают и гибнут в больших количествах.[14]

Последствия загрязнения опасны, прежде всего, для всех живых обитателей морей и океанов. Эти последствия разнообразны. Первичные критические нарушения в функционировании живых организмов под действием загрязняющих веществ возникают на уровне биологических эффектов: после изменения химического состава клеток нарушаются процессы дыхания, роста и размножения организмов, возможны мутации и канцерогенез; нарушаются движение и ориентация в морской среде. Морфологические изменения нередко проявляются в виде разнообразных патологий внутренних органов: изменений размеров, развития уродливых форм. Особенно часто эти явления регистрируются при хроническом загрязнении.

1.1 Сточные воды промышленности

По степени интенсивности отрицательного воздействия предприятий промышленности на объекты окружающей среды первое место занимают водные ресурсы.

По расходу воды на единицу выпускаемой продукции промышленность занимает одно из первых мест среди отраслей народного хозяйства. Высокий уровень потребления обуславливает большой объем образования сточных вод на предприятиях, при этом они имеют высокую степень загрязненности и представляют опасность для окружающей среды. Сброс сточных вод в водоемы быстро истощает запасы кислорода, что вызывает гибель обитателей этих водоемов.[1]

Сточные воды, сбрасываемые предприятием, можно разделить на четыре вида: производственные, хозяйственно-бытовые, теплообменные, ливневые.

Соотношение количеств отдельных видов сточных видов сточных вод складывается на каждом предприятии по-разному, и состав их меняется в зависимости от времени года. Самое большое количество загрязнений содержится в сточных водах в летние месяцы.[6]

Производственные сточные воды являются наиболее загрязненными.

Они образуются в результате различных технологических операций.[6]

Хозяйственно- бытовые сточные воды составляют большую часть общего количества сточных вод. Их нагрузка зависит исключительно от количества людей на производстве и живущих на территории предприятия, а также от степени обеспечения предприятия санитарным и хозяйственным оборудованием и, выраженная в БПК5, составляет в среднем 400г О2на 1 м3.[1]

Ливневые сточные воды образуются из атмосферных осадков, которые, проходя через околоземные слои воздуха, улавливают пыль, газы, продукты неполного сгорания топлива. Их нагрузка зависит от состояния территории предприятия, покрытия кровли, вида колесного транспорта и его интенсивности, степени загрязнения воздуха, интенсивности и длительности дождя. Нагрузка БПК5 колеблется в пределах от 30 до 100 г О2на 1 м3.

В зависимости от системы канализационной сети сточные воды отводятся в водоем либо по одному общему коллектору, либо по нескольким.

При общей сточной канализации производственные, хозяйственно-бытовые, ливневые и теплообменные сточные воды попадают в один канализационный водовод и направляются к ближайшему водоему. При раздельной канализации сбрасываются вместе производственные и хозяйственно-бытовые воды, а в ливневую канализацию направляются также теплообменные воды.[1]

1.2 Влияние сточных вод на состояние водоемов

Загрязняющие вещества, поступая в природные воды, вызывают изменение физических свойств среды (нарушение первоначальной прозрачности и окраски, появление неприятных запахов и привкусов и т.п.); изменение химического состава, в частности появления в ней вредных веществ; появление плавающих веществ на поверхности воды и отложений на дне; сокращение в воде количества растворенного кислорода вследствии его расхода на окисление поступающих в водоем органических веществ загрязнения; появление новых бактерий, в том числе и болезнетворных.[5]

Из – за загрязнения природных вод они оказываются непригодными для питья, купания, водного спорта и технических нужд. Особо пагубно оно влияет на рыб, водоплавающих птиц, животных и другие организмы, которые заболевают и гибнут в больших количествах.

Последствия загрязнения опасны, прежде всего, для всех живых обитателей морей и океанов. Эти последствия разнообразны. Первичные критические нарушения в функционировании живых организмов под действием загрязняющих веществ возникают на уровне биологических эффектов: после изменения химического состава клеток нарушаются процессы дыхания, роста и размножения организмов, возможны мутации и канцерогенез; нарушаются движение и ориентация в морской среде. Морфологические изменения нередко проявляются в виде разнообразных патологий внутренних органов: изменении размеров, развития уродливых форм. Особенно часто эти явления регистрируются при хроническом загрязнении.[4]

Все это отражается на состоянии отдельных популяций, на их взаимоотношениях. Таким образом, возникают экологические последствия загрязнения. Важным показателем нарушения состояния экосистем является изменение числа высших таксонов – рыб. Существенно изменяется фотосинтезирующее действие в целом. Растет биомасса микроорганизмов, фитопланктона, зоопланктона. Это характерные признаки эвтрофикации морских водоемов, особенно значительно во внутренних морях, морях закрытого типа. В Японском море сущим бедствием стали "красные приливы", следствие эвтрофикации, при которой бурно развиваются микроскопические водоросли, а затем исчезает кислород в воде, гибнут водные животные и образуется огромная масса гниющих остатков, отравляющих не только море, но и атмосферу.[4]

Загрязнение Мирового океана приводит к постепенному снижению первичной биологической продукции. По оценкам ученых, она сократилась к настоящему времени на 10%. Соответственно этому снижается и ежегодный прирост других обитателей моря.

Поступающие в реки, озера, водохранилища и моря, загрязняющие вещества вносят значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное состояние водных экологических систем. В результате процессов превращения загрязняющих водоемы веществ, протекающих под воздействием природных факторов, в водных источниках происходит полное или частичное восстановление их первоначальных свойств. При этом могут образовываться вторичные продукты распада загрязнений, оказывающих отрицательно влияние на качество воды.

Промышленные сточные воды, содержат растворимые, нерастворимые и коллоидные вещества. Характер и концентрация загрязнений могут оказывать на состояние воды в водоемах разнообразное влияние. Взвешенные вещества после сброса в реку могут частично раствориться, а их нерастворимая часть увеличит содержание суспензии в воде. Некоторые вещества, будучи сброшенными в водоем в растворимом состоянии, вследствие изменения рН среды или других химических реакций могут вызвать образование вторичных взвешенных веществ. Примером такого рода изменений  является окисление железистых солей в реке, в аэробных условиях с образованием нерастворимой гидроокиси железа.[10]

Попадание в водоем сточных вод, содержащих суспензии, весьма неблагоприятно отражается на его состоянии. Осаждаясь, суспензии заиливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность донных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении донных осадков могут образоваться вредные соединения и даже отравляющие вещества, такие, как сероводород, которые приводят к загрязнению всей воды в реке. Наличие суспензий затрудняет также проникновение света в глубь воды и задерживает процессы фотосинтеза в водяных растениях,  особенно в водорослях, которые под действием солнечного света образуют кислород, необходимый для окисления органических загрязнений.[4]

Загрязнения, попадающие в сточные в растворимом состоянии, содержат большое количество минеральных и органических соединений.

Многие из этих соединений оказывают вредное или отравляющее действие на растительные и животные организмы, живущие в воде, и приводят к тому, что вода становится непригодной для употребления в коммунальном хозяйстве и промышленности.

К минеральным токсическим соединениям можно отнести соли свинца, мышьяка, фтора, хрома меди. Токсическим действием отличаются также кислоты и основания, поскольку они вызывают изменения рН среды, доводя его до величины ниже 6,5 или выше 8,0. При таких изменениях наступает гибель или приостанавливается жизнедеятельность организмов,  принимающих активное участие в процессе самоочищения.

Все более становится проблема загрязнения поверхностных вод органическими соединениями, неблагоприятно отражающегося на вкусовых качествах и запахе воды. Органические соединения с трудом поддаются разложению, замедляя в тоже время биологические процессы, имеющие решающее значение для самоочищения поверхностных вод.

Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное воздействие оказывают все загрязнения, которые, так или иначе, способствуют снижению содержанию кислорода в воде. Поверхностно – активные вещества – жиры, масла, смазочные материалы – образуют на поверхности воды пленку, которая препятствуют газовому обмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщения воды кислородом.[4]

Основную группу соединений составляют соединения, вредное действие которых вызывается расходованием растворенного в воде кислорода на процессы их разложения и окисления. Загрязнения могут подвергнуться окислению в результате химических или биологических процессов. Например, сульфиты в водной среде, содержащей кислород, при соответствующем рН подвергаются химическому окислению до образования сульфатов, а закисные соли железа – до образования окисных солей. Органические загрязнения городских и промышленных стоков окисляются в результате биологических процессов. В сточных водах промышленности загрязнения содержатся главным образом в виде растворимых органических соединений – углеводов, органических кислот, белков и жиров, которые при растворении в воде подвергаются биологическому окислению.

Среди загрязнений, сбрасываемых в поверхностные воды, значительное место занимают соединения, приводящие к возникновению в воде неприятного запаха и вкуса, что особенно недопустимо в случаях, когда вода предназначена для хозяйственных нужд и нужд пищевых производств. Присутствие некоторых минеральных веществ, например, соединений железа, даже в ничтожных концентрациях значительно ухудшает вкус воды. Неприятный запах и вкус придают воде сероводород, который образуется в анаэробных условиях в результате биологических процессов восстановления сернистых соединений, и хлор – фенол, который образуется при хлорировании воды, содержащей фенол.[12]

1.3 Влияние органических загрязнений на состояние водоемов

В состав органических загрязнителей входят главным образом углерод, водород, кислород и азот. Окисление этих элементов обуславливают многие неблагоприятные ситуации, создающиеся в загрязненных реках и озерах.

При попадании органических веществ со сточными водами концентрация растворенного кислорода уменьшается. Это вызвано окислением органических веществ бактериями или простейшими. Естественное перемешивание воды с воздухом в принципе способно возместить удаленный кислород, однако это происходит не сразу. Поначалу возникает конкуренция между факторами, способствующими обеднению воды кислородом и факторов, восстанавливающими содержание кислорода в воде.[9]

В потоке выделяются четыре основные зоны:

1)   зона чистой воды (высокий уровень растворенного кислорода) выше места сброса сточных вод;

2)   зона ухудшения качества воды (уровень растворенного кислорода падает);

3)   зона ущерба (относительно постоянный и очень низкий уровень растворенного кислорода);

4)   зона восстановления (повышение уровня растворенного кислорода).

Зона чистой воды.

Эта зона находится вверх по течению от источника сброса сточных вод; здесь в чистой воде обитают рыбы, моллюски, личинки поденок и ручейников и многие другие виды. Чтобы выжить, этим животным требуется растворенный в воде кислород. Если концентрация кислорода в воде снижается, то эти чувствительные к кислороду виды исчезают первыми. К ним относятся форель, окунь, лосось, минога.

Зона ухудшения качества воды.

Эта зона находится ниже по течению от места сброса в реку органических отходов. Виды, которые способны выживать при несколько пониженных уровнях растворенного кислорода, называются умеренно толерантными. К этим видам относятся: мокрица, бокоплав, моллюск, прудовик, пиявка и некоторые виды водорослей и простейших.[9]

Зона ущерба.

Эта зона, следующая за зоной ухудшения качества воды, характеризуется тем, что растворенный в воде кислород практически отсутствует. При крайне низкой концентрации кислорода в воде способны выживать лишь немногие виды, а многочисленные виды, которые характерны для чистой воды, полностью исчезают. Их замещает группа организмов, называемых толерантными вследствие их способности обитать в условиях крайне низкого содержания кислорода. Один из таких организмов - трубочник, питающийся различными остатками и способный существовать при содержании кислорода в воде всего 0,5 мг/л. Другой обитатель загрязненного донного ила – личинка – крыска. Эта личинка дышит при помощи длинной дыхательной трубки, достигающей поверхности воды. Их может быть так много, что они покрывают сплошным колеблющимся красным ковром все дно ручья или речки. Еще один обитатель этой зоны - красная личинка комара- дергуна, или «мотыль». Как и трубочник, она питается донным илом.

Зона чистой воды.

В зоне чистой воды многие виды сосуществуют в тесном соседстве друг с другом, причем каждый вид представлен умеренным числом особей. В зоне ущерба обитает очень небольшое число видов, но численность их может быть колоссальной.

Зона восстановления.

 За зоной ущерба следует зона восстановления. Здесь воды становится чище и пропускает солнечный свет. В результате этого содержание кислорода воде увеличивается до более приемлемых значений. С осветлением воды и восстановлением количества кислорода в воде начинают появляться водоросли. Их присутствие может привести к колебаниям содержания кислорода в воде. В дневные часы водоросли выделяют кислород как побочный продукт фотосинтеза. Однако ночью дыхание водорослей и их разложение приводит к вторичному уменьшению концентрации кислорода. Эти вызванные наличием водорослей колебания содержания кислорода в воде могут привести к тому, что типичное водное сообщество, организмы которого требуют для своего существования кислорода, уже не восстановятся. Ниже зоны восстановления могут снова появиться виды, характерные для зоны чистой воды. Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой для патогенных организмов. Вода, загрязненная органическими отходами, становится практически непригодной для питья и других надобностей.[17]

1.4Влияние неорганических соединений на состояние водоемов

Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения меди, цинка, кадмия, меди, фтора, хлора, ртути, свинца, цианида, роданида. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Токсический эффект некоторых наиболее распространенных загрязнителей гидросферы представлен на рисунке 1.[16]

Рисунок 1 – Токсический эффект наиболее распространенных загрязнителей

Степень токсичности:

0 - отсутствует;

1 - очень слабая;

2 - слабая;

3 - сильная;

4 - очень сильная.

Загрязнения не обязательно должны быть токсичными, чтобы вызвать гибель водных организмов или снизить качество воды. Примерами таких загрязнений могут служить фосфаты и нитраты.

Углерод, кислород, водород, азот в форме нитратов, фосфор в виде фосфатов относятся к элементам питания, т.е. это «пища», необходимая для роста и развития растений. В небольших количествах им требуются даже другие элементы, в частности железо, медь и кальций.

Озера с большим количеством этих необходимых растениям элементов называютэвтрофными.

Эвтрофикацией называется процесс ухудшения качества воды из-за избыточного поступления в водоем так называемых «биогенных элементов», в первую очередь соединений азота и фосфора. Эвтрофикация — нормальный природный процесс, связанный с постоянным смывом в водоемы биогенных элементов с территории водосборного бассейна. Однако в последнее время на территориях с высокой плотностью населения или с интенсивно ведущимся сельским хозяйством интенсивность этого процесса увеличилась многократно из-за сброса в водоемы коммунально-бытовых стоков, стоков с животноводческих ферм и предприятий пищевой промышленности. [16]

Механизм воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов следующий:

1. Повышение содержания биогенных элементов в верхних горизонтах воды вызывает бурное развитие растений в этой зоне (в первую очередь фитопланктона, а также водорослей-обрастателей) и увеличение численности питающегося фитопланктоном зоопланктона. В результате прозрачность воды редко снижается, глубина проникновения солнечных лучей уменьшается, и это ведет к гибели донных растений от недостатка света. После отмирания донных водных растений наступает черед гибели прочих организмов, которым эти растения создают места обитания или для которых они являются вышерасположенным звеном пищевой цепи.[5]

2. Сильно размножившиеся в верхних горизонтах воды растения (особенно водоросли) имеют намного большую суммарную поверхность тела и биомассу. В ночные часы фотосинтез в этих растениях не идет, тогда как процесс дыхания продолжается. В результате в предутренние часы теплых дней кислород в верхних горизонтах воды оказывается практически исчерпанным, и наблюдается гибель обитающих в этих горизонтах и требовательных к содержанию кислорода организмов (происходит так называемый «летний замор»).

3. Отмершие организмы рано или поздно опускаются на дно водоема, где происходит их разложение. Однако донная растительность из-за эвтрофикации погибает, и производство кислорода здесь практически отсутствует. Если же учесть, что общая продукция водоема при эвтрофикации увеличивается, между производством и потреблением кислорода в придонных горизонтах наблюдается дисбаланс, кислород здесь стремительно расходуется, и все это ведет к гибели требовательной к кислороду донной и придонной фауны. Аналогичное явление, наблюдающееся во второй половине зимы в замкнутых мелководных водоемах, называется «зимним замором».

4. В донном грунте, лишенном кислорода, идет анаэробный распад отмерших организмов с образованием таких сильных ядов, как фенолы и сероводород, и столь мощного «парникового газа» (по своему эффекту в этом плане превосходящего углекислый газ в 120 раз), как метан. В результате процесс эвтрофикации уничтожает большую часть видов флоры и фауны водоема, практически полностью разрушая или очень сильно трансформируя его экосистемы, и сильно ухудшает санитарно-гигиенические качества его воды, вплоть до ее полной непригодности для купания и питьевого водоснабжения.

1.5Последствия теплового загрязнения естественных водоёмов

Повышение температуры в водоёмах пагубно влияет на жизнь водных организмов. В течение длительной эволюции холоднокровные обитатели водной среды приспособились к определённому интервалу температур. Для каждого вида существует температурный оптимум, который на определённых стадиях жизненного цикла может несколько изменяться. В определённых пределах эти организмы способны приспосабливаться к жизни при более высоких или более низких температурах. Если организм живет в условиях самых высоких температур присущего ему интервала, он настолько к ним приспосабливается, что гибель его может наступать при температурах несколько более высоких, чем для организма, постоянно живущего в условиях более низких температур. Большая часть водных организмов быстрее приспосабливается к жизни в более тёплой воде, нежели в более холодной. Однако эта способность к адаптации не имеет абсолютных максимальных или минимальных пределов и меняется в зависимости от вида.[8]