1

РАДОСЛАВ ИВАНОВ

ЗАМЪРСЯВАНЕ НА

ВОДИТЕ И

ВЪЗДЕЙСТВИЕ ВЪРХУ

ЕКОСИСТЕМИТЕ ЛЕКЦИОНЕН КУРС

2015

2

3

© Радослав Иванов© Замърсяване на водите и въздействие върху екосистемите. Лекционен курс Рецензент: проф. д-р Нешо Чипев

ISBN 978-619-7218-05-3

печат: “Химера” ООД - ШуменИздателство: “Химера” ООД, тел.: 054/ 830 585e-mail: print@himeraltd.com, www.himeraltd.com

4

СЪДЪРЖАНИЕ

Нормативна база за управление и опазване на водите ............................ 9 Управление на водите .................................................................................. 9Опазване на водите и водните обекти ......................................................... 9Структура на водата. Основни свойства на водата. Състав на природни води ……………………...............................…....…………. 17Строеж на водната молекула Структура на водата ….....……………. 17 Необикновенни свойства на водата ……………………………........…. 18Основни свойства на водата ..................................................................... 21Химични свойства на водата ................................................................ 23Състав на природни води................................................................... 24 Водни ресурси на земята ……………………………………...……...... 26Океани и морета ……………………………………………….........….. 27Реки………………………………………………..………………........…. 30Езера ……………………………………………..…………......……..... 31Подпочвени води ………………………………….………......……….... 33Ледници ……………………………………..………………......…..….. 36Влага в атмосферата ……………………………..………….....………..... 37Хидрологичен цикъл. Видове естествени водни системи .......…...…. 37Хидрологичен цикъл …………………………………............……...….. 37Видове естествени водни системи ……………………………..…. 40Специфични слоеве във водните системи …………………...… 41Замърсяване на водите. Източници на замърсяване ……................ 42Замърсяване на водите ………………………………................……... 42Източници на замърсяване на хидросферата ………….....……... 44Замърсяване на повърхностни води …………………………....…... 45Замърсяване на подземни води ………………………..................... 46Основни параметри и показатели за качеството на водите …….......... 47Общ сух остатък, общ органичен въглерод ……………………........... 47Неразтворен (суспендирани) вещества ………………………............. 48Разтворени вещества ……………………………………….….....……..... 48

5

Количество разтворен кислород …………………………….....….…….... 49Перманганатна окисляемост ……………………………......………... 50Химично потребен кислород (ХПК, дихроматна окисляемост) …. 50Биохимично потребен кислород (БПК5) ……………………...... 50Относителна стабилност (устойчивост) …………………............. 50Водороден показател (рН) …………………………………….….... 51Бактериологично и биологично замърсяване ………….........…........... 51Температура …………………………………………………….............. 51Еквивалентен брой жители …………………………………………… 52Замърсяване на водите с нитрати, нитрити и фосфати и влиянието им върху екосистемите и човека …………………………………………...... 52Хранителните вещества във водните системи …………........…………..... 52Причини за наторяване и използвани торове ……………........……….....54Рискове за околната среда и човека, дължащи се на замърсяването с нитрати и нитрити ……………………………………….........………..... 56Рискове при замърсяване от фосфати ………….................................…. 58Замърсяване на водите с пестициди и повърхностно-активни вещества и влиянието им върху екосистемите ……………….......... 59Биоциди. Видове и необходимост от използване …………….............. 59Замърсяване на водите с биоциди и влиянието им върху екосистемите .. 61Замърсяване на водите с ПАВ и влиянието им върху екосистемите .... 61Замърсяване на водите от неорганични и металургични производства и енергетиката и влиянието им върху екосистемите ………..…..… 63Замърсяване на водите от неорганични производства и влиянието им върху екосистемите ……………………………………….....…….... 63Замърсяване на водите от металургични производства ……..........…... 66Замърсяване на водите от енергетиката и влиянието им върху екосистемите ............................................................................................... 68 Замърсяване на водите от някои органични химични производства .... 69 Замърсяване на водите от производството на хартия …….................….. 69Замърсяване на водите при ферментационни процеси и тяхното обезвреждане .............................................................................................. 71

6

Замърсяване на водите от нефтодобива, нефтените разливии нефтопреработването ……………...........................................……....... 72Замърсяване на водите при добиването и транспортирането на нефт .. 72Проблеми на петролното замърсяване ………………………....... 74Опазване на околната среда при нефтени разливи ……..…….... 76Опазване на водите. Пречистване и обезвреждане ….....………..….. 77Опазване на водите и методи за намаляване на техния разход….... 77Методи за пречистване на отпадъчните води …………...…..… 79Категоризиране на методите за обработка на отпадъчните води .…. 84Литература …………………………………………………....………...… 85

7

8

Дисциплината “Замърсяване на водите и въздействие върху екосистемите”

е задължителна в учебния план на специалност „Екология и опазване на околната

среда”, ОКС „Бакалавър” и има за цел студентите да се запознаят с особеностите и

проблемите, свързани с водопотреблението и същността на замърсяването,

опазването и пречистването на водите. Разгледани са Нормативна база за управление

и опазване на водите, структурата и свойствата на водата, количеството и качеството

на водите, тяхното неравномерно разпределение в природата. Отделено е внимание

на източниците на замърсяване на природните води, като селско стопанство,

различни неорганични и органични химични производства, нефтени разливи и др. и

тяхното влияние върху здравето на човека и хидробионтите.

Представеният курс лекции няма претенциите за пълнота. Въпросите,

свързани конкретно с опазването на реките, езерата и язовирите в България и на Черно

море от замърсяване се предоставят за самостоятелна работа на студентите, която те

подготвят и представят като презентации или реферати.

9

10

Нормативна база за управление и опазване на водите

1.Управление на водите. Рамковата Директива за водите 2000/60/ЕС

(РДВ) е основният документ на Европейския съюз в политиката за управление на

водния сектор, в отговор на нарастващите изисквания за достатъчни количества вода

с добро качество, предназначени за всякакви цели. Целта на Рамковата Директива

за морската стратегия (Директива 2008/56/ЕО) е постигането на добро екологично

състояние (ДЕС) на морските води до 2020 г., продължаването на неговата защита и

съхранение, както и на предотвратяването на последващо влошаване. Управлението

и опазването на регионалните води се регламентира от Международни споразумения

за регионалните води. В Европа защита на морските води се регулира от четири

структури за сътрудничество (регионалните морски конвенции) между държавите —

членки на ЕС, и съседните държави с общи води - Букурещката конвенция от 1992 г.

за Черно море. Водите на река Дунав са защитени с Европейската Конвенция за

опазване на река Дунав от 1996. РДВ борави с трите основни елемента на водната

екосистема: Качество на водата – влошавано от антропогенно замърсяване,

включително от химикали (торове и пестициди), селищни или индустриални

отпадни води (перилни препарати, повърхностно активни вещества, химикали от

фармацевтичната промишленост и др.), увреждането на реките от ВЕЦ и др.;

Количество на водата (хидроложки режим – обем и отток) – влошавано от

осушаване, канализации, язовири, промяна и унищожение на естествените речни

корита за всякакви човешки нужди като селско стопанство, индустрия, транспорт,

добив на електроенергия и др.; Водни местообитания (морфология на реки, езера и

морски брегове) – биват влошавани от интензивно земеделие, почвена ерозия и

строежа на инфраструктура. Управлението на водите в Р България се осъществява на

национално и басейново ниво. Сс Закона за водите са създадени следните Басейнови

Дирекции: БД „ Дунавски район”, БД „ Черноморски район, БД „

Източнобеломорски район”, БД „ Западнобеломорски район”. Районите на речните

басейни се определят от естественото разположение на вододелите между

водосборните области на една или няколко основни реки на територията на

Република България.

2.Опазване на водите и водните обекти. Съгласно Закона за водите всички

води и водни обекти се опазват от изтощаване, замърсяване и увреждане с цел

поддържане на необходимото количество и качество на водите и здравословна околна

среда, съхраняване на екосистемите, запазване на ландшафта и предотвратяване на

11

стопански щети, включително: постигане на добро екологично състояние на

повърхностните води; добро количествено и химично състояние на подземните води;

намаляване на необходимостта от пречистване на водите преди тяхното използване;

осигуряване развитието на водните екосистеми и свързаните с тях сухоземни

екосистеми.

"Добро екологично състояние" е състоянието на повърхностното водно тяло,

в което стойностите на биологичните елементи за качество или на хидрохимичните и

хидроморфологичните елементи в резултат от човешка дейност показват малки

отклонения от стойностите, характерни за ненарушени естествени условия за

съответния тип водно тяло;

"Добро количествено състояние на подземните води" е състоянието, при

което нивото на водите в подземното водно тяло е такова, че разполагаемите ресурси

от подземни води не са повлияни от дългосрочния годишен темп на водовземане, т.е.

водовземането не превишава експлоатационните ресурси на подземните води във

водното тяло;

Опазването на крайбрежните води, вътрешните морски води и териториалното

море от замърсяване от други източници, освен тези, намиращи се на брега, се урежда

от Закона за морските пространства на Република България. За мониторинг на

повърхностните води се разработват програми за контролен, оперативен, а при

необходимост и проучвателен мониторинг. Програмите за мониторинг на

повърхностните води включват: хидрологични и морфологични наблюдения,

включително обем, водно количество и водно ниво за определяне и наблюдения на

екологичното и химичното състояние и екологичния потенциал на водното тяло.

Индикаторите, които са обект на мониторинг се делят на 3 групи: Физико-химично

състояние на повърхностните води - Основните индикатори, които се прилагат за

оценка на химичното състояние на повърхностните води на национално и европейско

ниво са средногодишните концентрации на следните основни показатели – разтворен

кислород (DO), БПК5 (BOD5), ХПК (COD), амониев (NH4- N) и нитратен (NO3- N) азот,

фосфати (PO4- P); Биологична оценка на състоянието на повърхностните води;

Количествено състояние на повърхностните води.

3. Основни понятия и дефиниции. По смисъла на Рамковата директива за водите и на

Закона за водите се прилагат следните понятия и дефиниции:

1. "воден режим" е съвкупност от показатели, характеризиращи

12

количественото и качественото състояние на водите във водните обекти и неговото

изменение във времето и пространството;

2. "воден баланс" е съотношение между валежите, оттока, изпарението и

филтрацията, характеризиращо количественото състояние на водите по речни

басейни или по водни обекти;

3. "водни ресурси" са повърхностните и подземните води, намиращи се във

водните обекти, които се използват или могат да бъдат използвани;

4. "водоносен хоризонт" е един или повече водонаситени геоложки

пласта/слоя или тектонски нарушена зона, имащи обща хидравлична свързаност,

достатъчна порестост и водопропускливост, позволяваща приток и черпене на

значителни количества подземни води;

5. "замърсяване" е всяко пряко или непряко въвеждане във въздуха, водите

или почвата в резултат на човешка дейност, на вещества или топлина, които могат да:

а) бъдат вредни за човешкото здраве или за качеството на водните

екосистеми, или на пряко зависещи от тях сухоземни екосистеми;

б) причинят материални вреди;

в) влошат или да възпрепятстват законоустановеното ползване на околната

среда;

6. "земни недра" е частта от земната кора, достъпна за човешка дейност;

7. "извори" са естественото възходящо или низходящо, безнапорно или

напорно изтичане на подземни води на земната повърхност;

8. "минерални води" са подземните води от находищата, посочени в

приложение № 2 към този закон, а в останалите случаи, за които има издаден

сертификат и/или комплексна балнеологична оценка от Министерството на

здравеопазването и/или стопанска оценка от Министерството на околната среда и

водите;

9. "мониторинг на водите" са измервания, наблюдения и оценки за

определяне на състоянието на водите;

10. "насипища" са натрупаните технологични отпадъци от проучването,

добива и/или първичната преработка на подземни богатства, с изключение на

хвостохранилищата и шламохранилищата;

11. "повърхностни води" са водите на сушата, с изключение на подземните

води, както и преходните води и крайбрежните морски води, освен по отношение на

химичното състояние, в който случай се включват и вътрешните морски води и

13

водите на териториалното море;

12. "подземни води" са всички води, намиращи се под повърхността на

земята във водонаситената зона, в пряк контакт със земните пластове;

13. "речен басейн" е територията от земната повърхност, от която

посредством поредица от потоци, реки и езера целият повърхностен отток се влива в

морето в единствено речно устие, естуар или делта;

14. "трансгранични води" са повърхностни или подземни води, които

пресичат границата между Република България и една или повече съседни държави;

15. "управление на водите" включва дейностите по използване, опазване и

възстановяване на водите, както и дейностите по предпазването от вредното им

въздействие;

16. "устие" е всяко място, където воден поток зауства в друг воден поток,

езеро или море;

17. "водоснабдителна система" е съвкупност от довеждащи и

разпределителни водопроводи и съоръжения, чрез които се извършват добиване на

природни води, пречистване и/или обеззаразяване до необходимите качества и

доставяне до потребителите;

18. "канализационна система" е съвкупност от канализационни проводи,

колектори и съоръжения, чрез които се извършват отвеждане на отпадъчните води,

пречистването им до необходимите качества и заустването им в съответния воден

обект;

19. "воден обект" е постоянно или временно съсредоточаване на води със

съответни граници, обем и воден режим в земните недра и в естествено или

изкуствено създадени форми на релефа заедно с принадлежащите към тях земи;

20. "води на сушата" са всички стоящи или течащи води на повърхността на

земята и всички подземни води откъм страната на брега от изходните линии, от които

се измерва ширината на териториалното море;

21. "вода, предназначена за питейно-битови цели" е повърхностна или

подземна вода в нейното природно състояние или след обработка, предназначена за

пиене, приготвяне на храна и други битови цели, доставяна чрез водопроводна

система или от цистерна, в бутилки, кутии или други опаковки, както и водите,

използвани за производство на хранителни, лекарствени или козметични продукти

или вещества, предназначени за консумация от човека, в случай че качеството на

водата може да окаже влияние върху качеството на крайните продукти;

14

22. "водно тяло" е самостоятелна и значима част от повърхностните или

подземните води;

23. "добро екологично състояние" е състоянието на повърхностното водно

тяло, в което стойностите на биологичните елементи за качество или на

хидрохимичните и хидроморфологичните елементи в резултат от човешка дейност

показват малки отклонения от стойностите, характерни за ненарушени естествени

условия за съответния тип водно тяло;

24. "добро количествено състояние на подземните води" е състоянието,

при което нивото на водите в подземното водно тяло е такова, че разполагаемите

ресурси от подземни води не са повлияни от дългосрочния годишен темп на

водовземане, т.е. водовземането не превишава експлоатационните ресурси на

подземните води във водното тяло;

25. "добро състояние на повърхностните води" е състоянието, постигнато

за повърхностното водно тяло, при което и екологичното, и химичното състояние на

водното тяло са най-малко "добри";

26."добро състояние на подземните води" е състоянието, постигнато за

подземното водно тяло, при което и количественото, и химичното състояние на

водното тяло са най-малко "добри";

27. "добро химично състояние на повърхностните води" е химичното

състояние на повърхностно водно тяло, в което концентрациите на замърсителите не

надвишават установените стандарти за качество на околната среда;

28. "добро химично състояние на подземните води" е химичното

състояние на подземно водно тяло, в което концентрациите на замърсителите не

надвишават определения стандарт за качество на подземните води;

29. "езеро" е естествено водно тяло със стоящи повърхностни води,

формирано във вдлъбната форма на релефа;

30. "стандарт за качество на околната среда" е концентрацията на

определени замърсители или група замърсители във водата, седиментите или живата

част на екосистемата, която не трябва да бъде превишавана с цел опазване на

човешкото здраве и околната среда;

31. "екологично състояние на повърхностните води" е състояние на

повърхностното водно тяло, оценявано по стойностите на биологичните елементи за

качество и на хидрохимичните и хидроморфологичните елементи;

32. "емисионна норма" са стойностите на масата, изразена чрез определени

15

специфични параметри, концентрацията и/или нивото на емисията, които не бива да

бъдат превишавани през един или през няколко периода от време;

33. "регулиране на емисиите" е специфично ограничаване на емисиите чрез

определяне на емисионни норми или чрез определяне на ограничения или условия за

въздействията, естеството им или други характеристики на емисиите или условията

на експлоатация, които въздействат върху емисиите;

34. "замърсител" е всяко вещество, което при наличие над определена

концентрация може да повлияе неблагоприятно върху естественото химично

състояние на водите; (нова - ДВ, бр. 65 от 2006 г., в сила от 11.08.2006 г.) "изкуствено

водно тяло" е повърхностно водно тяло, създадено в резултат на човешка дейност;

35. "количествено състояние на подземните води" е показател на степента,

в която водовземането или естественото дрениране от подземните води въздейства

върху подземното водно тяло;

36. "комбиниран подход" е регулиране на заустването на отпадъчни води в

повърхностни водни тела чрез едновременно прилагане на най-добрите налични

техники и/или емисионни норми при източника на отпадъчни води, от една страна, и

изискванията за постигане на целите за качеството на водите в повърхностното водно

тяло - приемник на отпадъчните води, от друга страна; в случаите на дифузни

източници на замърсяване регулирането включва при необходимост и най-добрите

екологични практики;

37. "крайбрежни морски води" са повърхностните води, ограничени от

крайбрежната линия, всяка точка на която е на разстояние една морска миля към

страната на морето от най-близката точка на изходните линии, от които се измерва

ширината на териториалното море;

38. "разполагаеми ресурси на подземните води" са естествените ресурси на

подземните води, намалени с дългосрочните средногодишни водни количества,

необходими за постигане на целите за опазване на околната среда на свързаните с тях

повърхностни водни тела, за избягване на значително влошаване на екологичното им

състояние и увреждане на сухоземните екосистеми, свързани с тези тела;

39. "естествени ресурси на подземните води" са общото средногодишно

подхранване на водоносния хоризонт;

40. "непряко отвеждане на замърсители в подземните води" е

отвеждането в подземните водни тела на замърсители чрез филтрация през почвата

или през зоната на аерация;

16

41. "опасни вещества" са вещества или групи вещества, които са

класифицирани като токсични, устойчиви и в състояние да се акумулират

биологично, както и други вещества или група от вещества, които предизвикват

същата степен на безпокойство;

42. "повърхностно водно тяло" е самостоятелен и значим елемент от

повърхностните води като езеро, река, поток, водоем, канал или части, от тях, както и

преходните или крайбрежните води;

43. "подбасейн" е територия от земната повърхност, от която посредством

поредица от потоци, реки или езера целият повърхностен отток се влива в отделна

точка от определено водно течение;

44. "подземно водно тяло" е отделен обем подземни води в рамките на един

или няколко водоносни хоризонта, характеризиращ се с определено състояние на

подземните води;

45. "праг на замърсяване на подземните води" е концентрацията на

замърсител, група замърсители или показател за замърсяване, при трайното

превишаване на които се създава риск за непостигане на добро химично състояние на

подземните води; прагът на замърсяване е най-много 50 на сто от съответната

стойност по стандарта за качество на подземните води;

46. "пресни води" са води, които в естествен вид имат ниско съдържание на

соли и които могат да бъдат използвани за питейно-битово водоснабдяване;

47 "преходни води" са повърхностни водни тела в близост до речните устия,

които са полусолени, в резултат на тяхната близост до морските води, но които са

значително повлияни от притока на пресни води;

48. "пряко отвеждане на замърсители в подземните води" е отвеждането в

подземните водни тела чрез изливане или нагнетяване на замърсители без

филтриране през почвата или през зоната на аерация;

49. "район за басейново управление" е област от територията на земната

повърхност или морето, съставена от един или повече граничещи си речни басейни

заедно с прилежащите им подземни и крайбрежни води;

50. "река" е вода на сушата, която в по-голямата си част тече на

повърхността на земята, като в част от своето течение може да преминава и под

повърхността на земята;

51. "приоритетни вещества" са вещества, които представляват значим риск

за водната среда или чрез нея са токсични за хората и екотоксични за водните

17

екосистеми и свързаните с тях сухоземни екосистеми и които са определени в

съответствие с чл. 16 и приложение № 10 към Директива 2000/60/ЕС на Европейския

парламент и Съвета;

52. "самостоятелно питейно-битово водоснабдяване" е водоснабдяването

на отделни обществени и стопански обекти, в които постоянно или временно

пребивават или работят хора и/или се произвеждат хранителни, лекарствени или

козметични продукти чрез индивидуални собствени водовземни съоръжения извън

водоснабдителните системи на населените места и селищните образувания;

53. "състояние на повърхностните води" е общ израз за състоянието на

повърхностно водно тяло, определено от по-лошото от екологичното и химичното му

състояние;

54. "състояние на подземните води" е общ израз на състоянието на

подземно водно тяло, определено от по-лошото от количественото и химичното му

състояние;

55. "стандарт за качество на подземните води" е стандартът за качество на

околната среда, изразен като концентрация на конкретен замърсител, група

замърсители или показател за замърсяване на подземните води, които не трябва да

бъдат превишавани, с цел опазване на човешкото здраве и околната среда;

56. "значима и устойчива тенденция на замърсяване на подземните

води" е всяко статистически значимо увеличаване на концентрацията на замърсител,

група замърсители или показател за замърсяване, които представляват риск за

околната среда;

57. "водовземане" са водните услуги заедно с всяка друга човешка дейност,

оказваща значително въздействие върху състоянието на водите;

58. "речно легло" е елемент от релефа, по който временно или постоянно се

формира повърхностно водно течение и включва речно корито и крайбрежните

заливаеми ивици.

18

Структура на водата. Основни свойства на водата. Състав на природни води

1. Строеж на водната молекула. Структура на водата.

Водната молекула се състои от един кислороден и два водородни атома.

Ядратата на кислородния и водородните атоми образуват равнобедрен триъгълник, във

върха на който се намира кислородния атом. В невъзбудено състояние разстоянието

между кислородния и водородните атоми е 0,96 А, между двата водородни – 1,54 А, а

ъгъла между тях е 104,5о.

Фиг.1. Схема на диполна водна молекула 

Водната молекула се състои от два елемента, различаващи се съществено по

своята относителна електроотрицателност – за кислорода тя е 3,5, а на водорода – 2,1.

По тази причина електронният облак е изтеглен към кислородния атом и около

водородния атом той остава с по-малка плътност, поради което водната моекула е

диполна и се характеризира с диполен момент 1,86 D. От електронната формула H:O:H

се вижда, че двете двойки електрони (горе и долу) не участват в образуването на

химичната връзка, което дава възможност за образуване на аквакомплекси.

От казаното за структурата на водната молекула и нейната електронна формула

се вижда, че вътрешномолекулните сили не са напълно компенсирани и те се проявяват

извън пределите на молекулата. Това дава възможност водните молекули да си

взаимодействат помежду си като образуват асоциати. Степента на асоциация на

водните молекули и структурата на асоциатите зависи от температурата и налягането а

също и от броя на ефективните връзки, в образуването на които може да участва всяка

молекула. Реализирането на различни структури зависи от еластичността на

водородната връзка. Всяка водна молекула може да образува четири водородни връзки:

19

Фиг. 2. Водородни връзки между водните молекули

Единични водни молекули съществуват само, когато водата се намира в

газообразно състояние. В течната вода водните молекули се намират в асоциирано

състояние и образуват агрегати с различен брой молекули. Равновесният процес между

асоциираните и единичните молекули се изразява със съотношението:

(H2O)n nH2O

С повишаване на температурата равновесието се изтегля към образуване на

единични молекули. Водата образува асоциатите (H2O)2, (H2O)3 и др. Нейната

максимална плътност при 4оС се обяснява от някои с това, че при тази температура

преобладават молекулните агрегати (H2O)2.

2. Необикновенни свойства на водата.

На първо място водата е единственото вещество в природата, което се среща

едновременно в три агрегатни състояния – течно,твърдо и газообразно. В течно

състояние водата образува огромни водни маси-океани и морета, във вид на малки и

големи реки и езера, подземни води тя се намира почти навсякъде. Във вид на сняг и

лед покрива значителни части от земната повърхност. Около 40% от водата на Земята

се намира във вид на водни пари. Заедно с въздуха водата е и най-подвижното

вещество в природата.

20

Фиг.3. Трите агрегатни състояния на водата – течно (море, океани

идр.), твърдо (лед, айсберг) и пари (облаци).

Водата се характеризира с най-голяма топлоемкост сред всички твърди и течни

вещества Топлоемкостта е количеството топлина, необходима за загряване на 1kg от

дадено вещество с 1 калория или 1 оС. За водата тя е 2 пъти по висока от тази на

спирта, пет – от тази на алуминия, 10 пъти от тази на желязото и 4 пъти по-голяма от

тази на въздуха. По тази причина водните пари играят ролята на акумулатор на

топлина в природата. По този начин те смекчават и регулират климата на

крайбрежните райони и на Земята като цяло. Влиянието на океаните и моретата върху

климата се проявява особено ярко чрез морските течения (Гълфстрийм – Северен

ледовит океан, Куросиво – Тихи океан). Регулиращо влияние върху климата оказват и

водните пари в атмосферата. Те задържат около 60% от топлинното излъчване на

Земята.

Водата има и извънредно малка топлопроводност –нагряването на водите в

дълбоките и придънните слоеве става главно чрез вертикално разместване на

пластовете. Малката топлопроводност на снега, леда и водата, заедно с голямата

топлоемкост оказват благоприятно влияние за развитието на растенията и животните

във водоемите и сушата.

21

Водата има необикновено висока скрита топлина на топене и изпарение. Това е

количеството топлина за стопяване на 1g лед или сняг при една и съща температура

(при 0оС тя е 335 J топлина). Скритата топлина на изпарение при 0оС е 2500 J, а при

100оС –2257 J.

При замръзване на водата тя увеличава обема си. Ако при замръзване водата се

свиваше и обемът и намаляваше, както това е при всички останали вещества, то

образувалият се лед би бил по-тежък и би потъвал на дъното. В такъв случай реките,

езерата и моретата биха замръзвали напълно и това би довело до измиране на всички

организми в тях.

Различно биологично действие върху човешкия организъм, животните и

растенията оказват: водата от топенето на снега и леда, омагнитената (преминала през

магнитно поле) вода, дегазираната (нагрявана до кипене и бързо охладена) вода,

сребърната (обогатена на сребърни йони) вода.

Водата е среда, в която се извършват редица биологични процеси. Всички живи

същества съдържат определено количества вода. От растенията най-малко вода

съдържат лишеите и мъховете – 5-7%, от животните – 40-50% в насекомите.

Бозайниците съдържат 60-68%, листата на растенията – около 75-85%, картофи,

ябълки, круши – до 80-85%, домати,краставици, моркови, гъби – до 98%. В човешкия

организъм най-малко вода се съдържа в костите – 22-24%, в черния дроб-70%,

бъбреците – 80%, в мозъка – 86%. Количеството на водата зависи и от възраста на

човешкия организъм – двумесечен зародиш – 77%, новородено дете – 74%, а възрастен

човек – средно 66%.

Водата е абсолютно необходимо условие за съществуването на всички живи същества.

Тя създава онази физико-химична среда, без която е невъзможно осъществяването на

основния процес при живите същества – обмяната на веществата. В живите организми

водата се явява биологична течност, която играе роля не само на инертна среда, но и на

активен участник във всички жизнени процеси.

За поддържане в нормално състояние на своите жизнени функции човек се

нуждае от около 2,5 литра вода в денонощие. При намаляване на нормалното

количество вода само с 1-2% (0,5-1литър) човек изпитва жажда. Жаждата се

предизвиква от повишаване на осмотичното налягане в организма. Величината на

температурата на човешкото тяло(37оС) не е случайна точка. Тя е свързана със

свойствата на водата и физиологичните процеси в организма (камилите издържат

22

продължително време без вода – набавят я чрез -окисление на мастни киселини,

гризачите – до 6 месеца без вода набавят я при клетъчно окисление).

3. Основни свойства на водата.

Водата играе важна роля в биосферата, но поради голямата и разпространеност много

от уникалните и своиства не се оценяват. Тези свойства са обусловени от структурата

на водната молекула, която има полярен характер. Диполите на водните молекули са

достатъчно силни за да осъществяват слаби химични взаимодействия, наречени

водородни връзки. Това асоцииране на водните молекули обуславя относително

високата температура на кипене на водата –100оС, докато вещества с подобен състав

но необразуващи водородни връзки, имат много по-ниски температури на кипене.

Водата кристализира при 0оС, но специфичната и плътност е най-голяма при 4оС.

Затова, когато повърхностния слой на водата се охлажда, той става по-плътен и потъва.

На негово място идва по-лека и топла вода от долните слоеве. В резултат на този

естествен масообмен (конвекция) се извършва пренос на хранителни вещества от

дъното към повърхността и на кислород в обратна посока. Тази замяна протича

непрекъснато, докато температурата на цялата водна маса не достигне 4оС. При

охлаждане от високи температури специфичният обем на водата намалява поради

понижаване на кинетичната енергия на молекулите. Това обстоятелство обаче

способства за образуване на по-големи асоциации, което благоприятства увеличаване

на специфичния обем.

При 4оС плътността на водата е максимална. При по-нататъшно охлаждане

повърхностния слой на водата става по-лек от долните слоеве и естествената

конвекция на водата спира. При температура по-ниска от 4оС, съотношението между

асоциираните и неасоциираните молекули е такова, че специфичния обем на водата

нараства до температурата на кристализация – 0оС. Плътността на леда е по-малка и

той плава върху повърхността на водата. Слоят лед служи за топлинна бариера и

предпазва водоемите от замръзване.

Водата на Земята се пречиства чрез извършване на кръговрат, наречен

хидрологичен цикъл. Той се състои от изпарение, кондензация и валежи, т.е.

представлява поредица от промени в агрегатното състояние на водата.

23

Фиг .4. Диаграма на състоянието на чистата вода 

Т.т.–тройна точка на водата (273,16К, 610,5 Ра); А – температура на топене

(273,16К, 1.105Ра); Б – температура на кипене (373,16К, 1.105Ра); 1 –

сублимационна крива; 2 – крива на изпарение (кипене); 3 – крива на топене

(кристализация)

Диаграмата представя условията, при които водата променя агрегатното си

състояние в зависимост от температурата (Т,К) и налягането (Р,Ра). Крива 1

съответства на равновесието: твърда фаза (лед)/газ(водни пари). Тя показва парно

налягане на леда като функция от температурата. Нарича се сублимационна крива.

Крива 2 изразява равновесието течна фаза/газ(т.е. равновесното парно налягане на

течността) като функция от температурата. Нарича се крива на изпарение (кипене).

Крива 3 показва температурата на топене на леда в зависимост от температурата и

налягането. Нарича се крива на топене (кристализация). Трите криви се пресичат в

една точка, която се нарича тройна точка на водата (Т=273,16 К, Р=610,5 Ра). При тези

условия трите фази (твърда,течна,газова) се намират в термодинамично равновесие и

степента на свобода на системата е 0. Това означава. че ако условията се променят в

каквато и да е посока, една или две от трите фази ще изчезне.

24

4. Химични свойства на водата.

Водата е устойчиво съединение при обикновени условия. При високи

температури (5000 оС) се дисоциира термично на H2 и O2: 2H2O

2H2 + O2

Реагира с алкални и алкалоземни метали при обикновенна температура, а с магнезий

при нагряване с отделяне на водород (примери). Взаимодейства с редица киселинни и

алкални оксиди с образуване на съответните киселини и основи (примери). Трябва да

се подчертае, че водата като амфипротен разтворител участва в редица киселинно-

основни (хидролизни) процеси, които на свой ред обуславят активната реакция на

природните води.

Химически чистата вода има незначителна електропроводимост. Неутралната

реакция на чистата вода показва, че нейната дисоциация протича по уравнението:

H2O H+ + OH- по Арениус

2H2O H3O+ + OH- по Бръонстед – Лоури

[H+].[OH-]

Дисоциационната константа на водата е КH2O=--------------------=1,86.10-16

[H2O]

Най-често реакцията на разтвора се характеризира само с концентрацията на

водородните йони. Характера на средата се изразява с отрицателния десетичен

логаритъм от концентрацията на водородните йони pH=-lg[H+].

С помощта на pH реакцията на разтвора се характеризира както следва:

неутрална - pH=7, алкална – pH>7 и кисела – pH<7. В природните води pH най-често е

от 5 до 9,5. Концентрацията на водородните йони и pH на природните води зависи от

концентрацията на CO2, хумусните киселини, киселинно-основните взаимодействия, а

също от образуването и разпадането на органичното вещество. рН на повърхностните

води е свързано с интензитета на тяхното осветяване и температурата на водата и

следователно с протичането на асимилационните процеси, които довеждат до

намаляване на съдържанието на CO2 и до повишаване на рН. Допустимият рН интервал

за всички категории води варира от 5,5 – 9, което има голямо значение за живота във

водоемите и за процесите на биологичното им самопречистване. Киселите води

(рН<4,5) създават сериозни екологични проблеми, защото повечето организми са

приспособени да живеят в почти неутрални води и още защото киселите води

активизират миграцията на токсичните микроелементи (тежките метални йони). рН на

водата има особено значение при избора на метод за нейното пречистване.

25

5. Състав на природни води.

В природата няма химически чиста вода. Даже дестилираната вода, ако е

престояла известно време, показва рН<7, защото се онечиства с CO2. Както

природните, така и отпадъчните води са дисперсни ситеми, съдържащи неорганични и

органични замърсители – газове, йонно и молекулно разтворени вещества, колоидни

частици, суспендирани вещества, микроорганизми и др.

5.1. Газове – В повърхностните води се съдържат най-вече CO2 и O2, а в

подземните – H2S, CH4, а в някои случаи в последните концентрацията на CO2 е

значителна.

Кислород – В 100 обема вода при нормални условия се разтварят три обема

кислород, затова атмосферния кислород е основен източник на кислород в

повърхностните води. Свободен кислород се отделя в атмосферата при фотосинтезните

процеси:

6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2

докато дишането на животинските организми е свързано с консумирането на кислород.

Съдържанието на кслород във водите зависи от степента на протичането на

процеси с противоположен характер. Водата се обогатява на кислород при понижение

на температурата и при интензифициране на фотосинтезата. Към факторите,

понижаващи съдържанието на кислород във водите се отнасят окислителните процеси,

които се извършват с вещества от органичен и неорганичен произход – гниенето на

органични отпадъци, дишането на организмите и др. Затова съдържанието на кислород

в природните води се колебае в сравнително широки граници – от 0 до 14 mg/dm3.

Въглероден диоксид – Той се съдържа във водата предимно в молекулна форма.

Главен източник на СО2 е окислителното разграждане на органичните вещества –

дишането на организмите, биохимичното разпадане и окислението на органичните

остатъци. Въглероден диоксид се образува в огромни количества при изригване на

вулканите, главно в резултат на термична дисоциация на варовиците (реакцията), при

коагулационната обработка на природни и отпадъчни води.

В повърхностните води съдържанието на СО2 е по-ниско от това в подземните и

замърсените отпадъчни води, където то може да се изменя в широки граници от 0,1 до

20-30 mg/dm3

Въглеродния диоксид има голямо значение за живота във водните басейни, като

източник на въглерод при изграждане на растителните организми. Той играе основна

26

роля при киселинно-основните процеси и обуславя до голяма степен показателите

киселинност, алкалност, стабилност, буферен капацитет, корозионност и др.

Кръговратът на въглерода на планетата се свързва преди всичко със световния океан,

защото СО2 се извлича от атмосферата при фотосинтезните реакции, а те в световния

океан протичат с 8 пъти по-голяма интензивност, сравнена с тази на сушата.

Азот – N2 е инертен газ и не участва директно в хидро-химичните процеси, но

косвено той е първопричината за появата на амониеви,нитритни и нитратни йони във

водите. Източник на азот е предимно въздуха, но азот може да се получи и при

денитрификация на нитратни йони в зони със затруднен водообмен и в присъствие на

денитрифициращи бактерии: 2HNO3 > 2HNO2> 2HNO>N2

Метан – е един от най-разпространените газове в подземните води.

Сяроводород – се образува при разпадане в отсъствие на кислород на

сяросъдържащи белтъчни вещества в дънните слоеве на водоемите.

5.2. Йони в природните води

В природните води се съдържат предимно следните йони : натриеви, калциеви,

магнезиеви, калиеви, хлоридни, сулфатни, хидрогенкарбонатни, които обуславят

техният минерален солеви състав. В някои подземни води се срещат значителни

количества нитратни йони. Наред с отбелязаните йони във водите могат да се съдържат

и редица микроелементи (С<10-3 %) , както и съставки, заемащи междинно положение,

каквито са амониевите и хидроксониевите йони.

Калциеви и магнезиеви йони от алкалоземните елементи калцият е най-широко

разпространен по земната кора. Той участва в биохимичните процеси при изграждане

на костната система на животинските организми, откъдето след тяхното загниване

отново се връща в почвения слой.

Карбонатите, сулфатите и хлоридите на калция и магнезия обуславят твърдостта на

водата. Общата твърдост е сумарна величина, т.е. тя обхваща некарбонатната

(обусловена от присъствието на разтворени сулфати и хлориди на калция и магнезия) и

карбонатната (обусловена от хидрогенкарбонатите и карбонатите на калция и

магнезия). В карбонатната твърдост се включва и временната (отстранима при кипене)

твърдост на водата (реакции на термичното разлагане на хидрогенкарбонатите).

Твърдостта на водата се изразява в градуси (западните страни) или в mg ekv/за даден

обем.

27

5.3. Радиоактивни вещества В природните води могат да се съдържат

естествени и изкуствени радиоактивни вещества и във връзка с това се различава

естествена и изкуствена радиоактивност на водите. Естествената радиоактивност се

дължи главно на 239U и 232Th и техните разпадни продукти – аргон, радий, калий и др.,

а изкуствената на различни изотопи на елементите.

5.4. Органични вещества Органичните вещества в природните води могат да

имат различен произход, но те се образуват главно при разграждането на разтителни

продукти от водосборния район и се представят предимно от хумусните вещества.

5.5. Нефт и нефтопродукти Те се използват широко като горива и са един от

най-разпространените антропогенни замърсители на повърхностните води.

Повърхностната и дънната ципи затрудняват кислородния обмен във водоема и

довеждат до протичането на анаеробни процеси на загниване.

5.6. Повърхностно-активни вещества (ПАВ) Към тази група се отнасят

вещества, които понижават повърхностното напрежение на водата и се характеризират

с положителна сорбция, т.е. концентрират се предимно на повърхността на водния

басейн. Присъствието на ПАВ във водоемите ограничава възможността за използване

на водите и се отразява неблагоприятно на нейната флора и фауна.

5.7. Пестициди Те се делят на : хербициди, инсектициди, фунгициди и

бактерициди. По химичен състав те са хлорорганични производни на феоксиалкил

карболови киселини, живакорганични, арсен съдържащи и др.. Пестицидите от

селскостопанските полета мигрират в повърхностните и подземните води. Те

принадлежат към нерегулируемите органични замърсители на водите.

5.8. Феноли Фенол може да се съдържа в редица отпадни води, но най-силно

замърсени с фенол са отпадъчни води от коксохимичните заводи.

Водни ресурси на земята

Според солеността на водите хидросферата се разделя на халосфера (солени води)

и пимносфера (сладки, пресни води). Най-голямата част от водата на Земята – 97,4% - е

солена. Останалите 2,6% са пресни води, 4/5 от които съществуват под формата на

полярен лед и глетчери.Питейната вода е нищожна част от общото количество, едва

0,27%. Численото съотношение е представено в табл.1.

28

Разпределение на водните ресурси на Земята Таблица 1

Вода Количество, млн.km3 %

Солена вода 1348 97,4

Прясна вода 36 2,6

Общо 1384 100

Питейна вода 3,6 0,27

1. Океани и морета. Общият обем на водите в океаните и моретата е 1338млн

km3. Това огромно количество е 96,5% от всички води на Земята.

1.1. .Живи обитатели. Организмите населяващи океана най-общо могат да се

разделят на три големи групи: продуценти – растителни организми, които

непосредствено усвояват слънчевата енергия и я преобразуват в органично вещество,

консументи – животински организми, които ползват готовата вече първична продукция

и редуценти – бактерии, които се хранят с растителни и животински остатъци и самите

те служат за храна на други организми. В океаните и моретата живеят около 150 хиляди

вида живи организми, което представлява 4/5 от всички живи същества на Земята.

Количеството на растителните видове в океаните е по-малко от това на сушата. Най-

голяма група от тях са водораслите. Слънчева светлина достига до около 200m

дълбочина. До тази дълбочина се срещат и морски растения.

Организмите, които обитават водата и са свързани с морското дъно, се наричат

пелагични, а средата, в която живеят пелагиал. Пелагичните организми се делят на две

големи групи: планктон и нектон. Планктонът включва по-голяма част от обитателите в

моретата и океаните, които живеят от дъното до повърхността. Тези организми се

намират в плаващо състояние. Планктонът се състои от растителни организми –

фитопланктон, и от животински организми – зоопланктон. Фитопланктонът включва

голяма група едноклетъчни водорасли – диатомен, зелени, синьозелени и др.

Зоопланктонът е още по-разнообразен – включва едноклетъчни и многоклетъчни

организми. Едноклетъчни са например: радиоларии, глобигерини и др. Многоклетъчни –

сифонофори, медузи, веслоноги рачета и др. В планктона се включват още планктонни

червеи, миди, бактерии.

Основни производители на органични вещества в моретата и океаните са

планктонните водорасли и хетеротрофните бактерии. Те служат за храна на

зоопланктона, който се явява потребител от първо ниво. Тези микроорганизми от своя

страна служат за храна на хищните зоопланктонни организми, които образуват второто

29

трофично ниво. Те биват изяждани от по-големи хищници (риби, калмари и др.). и т. н.

по хранителната верига.

Наред с планктона океанските води се обитават и от нектон. Това са организми,

които извършват активни движения и са по-едри. Към нектона спадат рибите,

главоногите мекотели-калмари, сепии и др.(съществуват около16 000 морски риби, но

само около 100 от тях имат стопанско значение).

Важен биологичен ресурс са морските бозайници – тюлени, китове, делфини.

Китовете биват зъбати и беззъби. Към зъбатите спадат тюлени, делфини,китове косатки

и кашалоти. Те се хранят с октоподи, калмари, риби и дребни бозайници. Беззъбите

китове (синия кит, същински кит и кит гърбач).

Животните, населяващи придънните части се срещат навсякъде по морското

дъно. Представители са: миди, коралови полипи – (рифове, атоли), в студените морета –

бодлокожите – морски звезди,таралежи, лилии, морски крставици и др. Други обитатели,

използвани за храна – раци, омари, лангусти, скариди, стриди и др.

1.2.Разтворени минерални вещества.

Характерна черта на морската вода е нейната соленост. Основните соли,съдържащи

се в разтворено състояние или във вид на йони в морската вода, са йоните на хлора

(55%) и натрия (31%). Наред с тях се съдържат още сулфатни (7,7%) и магнезиеви йони

(3,7%). В разтворено състояние в морската вода има още газове (кислород, азот,

въглероден диоксид и др.) и микроелементи молибден, сребро, олово, никел, злато и др.

Установено е, че в морската вода се съдържат над 70 елемента, поради което често се

нарича течна руда или полиметална руда. Общото количество на разтворените соли в

морската вода е средно 35 g на литър вода. Солеността на морската вода е прието да се

изчислява в промили (%о).

Например солеността на Каспийско море е до 300 %о, в Мъртво море е 260 %о .

Солеността на Черно море е сравнително ниска - 18%о . Най-ниска е в северните и

южните части на океаните, поади голямото количество пресни води, получени от

топящите се ледници.

30

Фиг.5. Мъртво море – едно от най-солените морета (езера) Опресняването на морската вода може да стане чрез: дестилиране, йонообмен,

портативни индивидуални опреснители (найлонова кесия и кутия с тaблетки- катийонит,

зареден със сребърни йони), чрез замразяване, електролиза, парникови опреснители.

Някой животни са се приспособили да консумират солена вода, например някой морски

птици.

1.3.Минерални суровини.

Особен интерес представляват полиметалните и фосфорни конкреции на дъното на

океаните. От морската вода се добиват морска сол, магнезий, бром, калий, силиций,

сяра, уран, деутерий. От различни райони на Световния океан и крайбрежните райони се

добиват още въглища, желязна руда, медни,никелови, оловни и др. руди, диаманти,

рутил, боксити, строителни материали (пясък,чакъл), манганови конкреции (съдържат

коктейл от манган,мед, кобалт, никел, желязо, алуминий, молибден, ванадий и др.).

Най-голямо значение от добиваните от морското дъно полезни изкопаеми имат

енергийните източници – нефт и газ. В Световния океан се намират около 65% от всички

нефтоносни пластове на Земята, като 35% от тях са в шелфовата ивица, а останалите 30%

- в континенталния склон. Най-големи находища на нефтима в Персийския и

Мексиканския заливи, атлантическото крайбрежие на Канада, тихоокеанското

крайбрежие на Калифорния и др.

31

2. Реки.

Те са твърде разнообразни както по хидрографски така и по хидроложки белези.

Реките биват малки и големи, къси и дълги, тесни и широки, плитки и дълбоки, бързи и

бавни, пълноводни и маловодни, топли и хладни, бистри и мътни, чисти и замърсени и

т.н.. От извора към устието се наблюдава различно течение на реките. Горното течение

се характеризира с маловодие и високи снорости. В средното и долното течение реките

стават многоводни, но скоростта им намалява. Речните обитатели се наричат реофили.

Те се формират под влияние на скоростта на течението, химическите особености,

температуата и др. Планктонът включва бактерии, водорасли, ракообразни. Нектонът

включва главно риби, които са особено чувствителни към намаляване на кислорода във

водата.

Реките са едно от чудните творения на природата. Това са вечно живи, движещи се

води. Като речни течения те се зараждат, развиват и живеят от дъждовните води, водите

на топящите се снегове и ледници,изворите, езерата и блатата.

Фиг.6. Изглед от най-дългата река Нил Реките извършват значителна разрушителна дейност. По време на проливни валежи и

интензивно снеготопене стичащите се по склоновете струи, потоци и реки завличат със

себе си значителни количества почвени частици, глина, чакъл, пясък, едри скални

късове. Този разрушителен процес на водата се нарича ерозия. Влачените и плаващи

наноси се наричат общо твърд отток на реките. Реките носят огромни количества наноси.

Установено е, че общото количество само на плаващите наноси, изнесени чрез реките от

32

континентите за 1 год. е над 15,7 млрд тона. Най-голямо кличество наноси изнасят

азиатските реки – 67%. Наред с твърдите частици реките изнасят от своите водосборни

басейни и големи количества химически разтворени вещества. Общото им количество

годишно възлиза на над 3750 млн тона.

Реките са едно от ценните богатства на Природата. Техните води са най-

леснодостъпни за използване за всякакви цели – питейно-битово и промишлен

водоснабдяване, енергийно използване, транспорт, рекреационни цели и др.

За водното количество на реките се съди по една от основните им характеристики –

средногодишен отток. Установено е, че най-пълноводна е р.Амазонка. От нея всяка

секунда изтичат и се вливат в Атлантическия океан около 220 хил m3 вода. На второ

място е р.Заир, а на трето – р. Ганг.

3. Езера.

Езерата се образуват обикновено, когато притокът на речните и валежните води е по-

голям от разхода – изпарение и отток. Езерата запълват значителни вдлъбнати форми на

релефа по земната повърхнина. Езерата са естествени (езера, блата, мочурища и др.) и

изкуствени (язовири, рибарници и др.).За разлика от речните води езерните са много по

слабо подвижни, с по-бавен водообмен, затова често се наричат стоящи води. Животът в

езерата и реките е също различен. Различават се три основни групи водни организми –

планктон, нектон и бентос. Планктонът включва неспособни за самостоятелно

придвижване микроорганизми от растителен и животински произход – едноклетъчни и

ракообразни, които се носят от течението и вълните. Нектонът се състои предимно от

риби, а бентосът - от организмови асоциации, свързани предимно с придънните водни

тини. Еколозите разделят езерата на олиготрофни и еутрофни. Първите са

дълбоководни и са бедни на минерални и хранителни вещества. Еутрофните са богати на

хранителни и минерални вещества. Устойчивото хидротермично състояние на езерните

води, при което придънния воден слой е с най-ниска темпеатура, а повърхностния е с

най-висока, се нарича права термична стратификация. Установено е, че между

топлия и нладен слой се формира междинен слой с малка мощност и рязко температурно

понижение. Този слой на температурен скок се нарича металимнион. Езерният воден

слой над маталимниона се нарича епилимнион, а слоят под металимниона –

хиполимнион. Броят на езерата в света все още не е напълно уточнен. Смята се, че те са

повече от 10-20 млн., а общата им площ е над 2 млн. km2. Езерата са твърде

разнообразни по форма и размери. Срещат се големи езера, които с право се наричат

морета. Такова е най-голямото езеро на Земята – Каспийско море – с площ 374 000 km2.

33

Наред с това има и много малки езера, чиято площ се измерва в квадратни метри. На

територията на България има 18 по-големи езера.

Общият обем на водите от всички езера и язовири е над 176 400 km3, като само 90

000 km3 от тях са пресни води. Около 34% от обема на тези води е събран в 145 големи

езера. Половината от общия обем на водите в езерата се пада на пресноводните езера.

Пресноводни са тези езера, в които общото количество на разтворените соли е под 1g/l, а

солени или минерални – над 1g/l. Срещат се езера с твърде високо съдържание на соли.

Например водите на Мъртво море са със соленост 260%, около 7,5 пъти по-солени от

морската вода.

По- големи сладководни езера са: Големите американски езера (Горно,Мичигън,

Хюрън, Ери и Онтарио), Калифорнийските езера, Ладожкото и Онежкото. Най-големият

резервоaр на пресни води е езерото Байкал (23хил. km3). Най-дълбоки езера са: Байкал

(1441m), Танганика (1425m), Няса и др. На територията на България има 18 по-големи

езера.

Фиг. 7. Езеро Окото, Рила Най-големите солени езера са: Каспийско море, Аралско море, езерото Балхаш

(бившия СССР).

По произход езерата са най-разнообразни, намират се на различна височина на

земната повърхнина.

По прихода и разхода на водите езерата се делят на проточни, безотточни и

затворени. Проточно е например ез. Байкал – в него се вливат водите на около 360 реки

и изтича само р. Ангара, такова е и Женевското и т.н..

34

В безоточните езера се вливат реки, но от тях не изтичат никакви води. Такова е

например Каспийско море- в него се вливат р. Волга, Урал Емба и др. , такова е ез. Чад и

др..

В затворените или глухи езера не се вливат и не изтичат никакви реки. Те се

подхранват от валежни и подземни води а разходът е чрез изпарение или оттичане

подземно.

Наред с естествените езера са построени и се строят десетки хиляди малки и

големи изкуствени езера – язовири. Първите язовири са създадени преди около 4000

години за напояване на земите в Месопотамия, Египет, Китай и др. Особено бързо

строителството на язовири се развива след Втората световна война. Водите им се

използват комплексно – добив на елеенергия, напояване, промишлено и битово

водоснабдяване, риборазвъждане, отдих и др. Най-големи са язовирите Оуен Фолс на р.

Виктория, Нил, Кариба – на р. Замбези. У нас най-голям е яз. Искър. Списък на

комплексните и значими язовири в страната е представени в Приложение № 1 към чл.

13, т. 1. от Закона за водите.

4. Подпочвени води.

Общият обем на подпочвените води е над 10 млн km3 и е приблизително 5 пъти по-

голям от годишния обем на водата в реките на сушата. Подземният океан има твърде

сложен строеж. Част от падналите върху земната повърхност валежи навлиза през

порите на почвата и под влияние на силата на земното ускорение се движи в порите и

пукнатините на скалите , докато достигне първия водонепропускливв пласт.

Водонепропускливи или водоупорни са най-често глинестите пластове, мергелите и

други скали. След това водата спира да се движи в дълбочина, започва да се натрупва,

като изпълва порите и пукнатините на горележащите пластове. По този начин се

образува водоносния хоризонт. Той се ограничава отдолу от водонепропускливия

пласт, а отгоре – с нивото, до което са достигнали подпочвените води. Тъй като

водонепропускливите пластове често пъти са наклонени, водата започва да се движи по

тях и се получават грунтови потоци. Движението на подпочвените води е много бавно,

например в песъчливи или чакълести почви е 100 – 300 m в денонощие. Подземните

води от плиткоразположените водоносни хоризонти често излизат на повърхността във

вид на извори.

В много случаи водоупорните пластове са огънати и образуват т.н. синклинали,

наподобяващи големи котловини. Подземните води се движат към най-ниските части на

тези синклинали, като образуват огромни подземни басейни. Водите от тях могат да се

35

изтеглят с помпи и да се използват за питейно-битово, промишлено водоснабдяване и др.

цели. Общото количество на запасите от подпочвени води за страната е 6, 1 млрд. m3.

Много често става редуване на водонепропускливи с водопропускливи пластове. В

такива случаи водоносния хоризонт попада между два водонепропускливи пласта.

Тогава условията на налягане на водите се изменят значително. Водите, които се

намират при тези условия (между два водонепропускливи пласта), се наричат напорни

или артезиански. Водите, намиращи се в дълбоката част на огънатия водоносен

хоризонт, изпитват натиска на лежащите над тях води и при пробиване на

отгорележащия водонепропусклив пласт излизат във вид на фонтан (артезиански).

Особено благоприятни условия за формиране на подземни води се създават във

варовиковите скали. Карбонатните скали – варовици, доломити, мрамори – са почти

винаги напукани и лсе поддават лесно на химическо изветряване. Дъждовните и

повърхностните води съдържат или се обогатяват на киселини (въглена, хумусна) и при

достигане на карбонатни скали започват да ги разтварят. Постепенно се създават

различни по размери пукнатини, канали, галерии, зали, пещери, в които циркулират

подземни води, потоци и реки. На отделни места се образуват подземни езера и

водопади. Целият този лабиринт от сложносвързани подземни ходове, пещери,

образувания, заедно с движещите се в тях води.

се нарича карст, а водите – карстови. Тези води се използват повсеместно за битово

водоснабдяване, напояване, за промишлени цели.

Наред с карстовите води много важно значение за страната имат и минералните

води – 252 млн. m3. Минерални са тези води, които оказват, благоприятно физиологично

въздействие върху човешкия организъм. Това въздействие се определя от общото

количество соли, които се съдържат в единица обем (1l) вода, газове, биологично

активни редки елементи и не на последно място – повишената температура.

За минерални се считат тези води, в които общото количество соли е по-голямо от

1g/l. Води, в които това количество е по-малко от 1g/l се смятат за пресни. Списък на

находищата на минерални води в България, изключително държавна собственост е

представен в Приложение 2 към чл. 13, т.2 от Закона за водите. Към минералните води се

отнасят и някои води, чието общо съдържание на соли е по-голямо от средната соленост

на морската вода. Такива води се наричат разсоли. Те също се използват за лечебни

цели, но не за пиене а за къпане. В минералните води обикновено преобладават хлорни,

сулфатни,нидрогенкарбонатни, натриеви, калциеви и магнезиеви, понякога йод, бром,

желязо и др.

36

Фиг. 8. Карстов извор Топля, България

В зависимост от преобладаващия газ минералните води се делят на :азотни,

въглекисели и метаносероводородни. Спoред температурата си минералните води се

делят на хладни (под 20оС), топли (20-50 оС) и горещи (50-100оС). Срещат се и прегрети

минерални води с температура над 100оС.

Гейзерите представляват уникална разновидност на горещите извори с правилен

ритъм на фонтаниране. Кипящият стълб от вода и пара излиза на няколко десетки метра

височина.

37

Фиг. 9. Гейзер Похуту. Най-големият гейзер в Нова Зеландия. С

променлив интервал от веднъж на минута до веднъж на няколко

месеца. Водният му врящ стъб е 30 м. Най-продължителните му

изригвания траят около 40 минути.

5. Ледници.

Значителна част от водните ресурси и то на сладководни води са ледниците,

разположени в полярните и високопланинските части. Ледникът (още глетчер)

представлява голяма, бавноподвижна ледена маса, която се образува от слоеве пресован

сняг и е подложена на постепенни деформации под действието на гравитацията.Общата

площ на съвременните ледници е над 16 млн m2, а запасът на вода в тях е 24 млн m3.

38

Фиг. 10. Континентален ледник

6. Влага в атмосферата.

Съдържанието на влага в атмосферата съставлява също немалка част от ресурсите на

пресни води на Земята – 12900 km3. С увеличаване на височината съдържанието на

водни пари в атмосферата намалява. В първите 3,5 km от повърхността на Земята се

намират 70% от тези водни пари. Над 5 km височина количеството на водните пари

силно намалява.

Хидрологичен цикъл. Видове естествени водни системи

1. Хидрологичен цикъл. Съвкупността от всички водни обекти – океани, морета,

реки, езера, ледници, подземни и атмосферни води носи названието хидросфера. Тя

заема междинно място между литосферата, атмосферата и биосферата. Тя прониква

дълбоко в тях и се намира в тясна връзка с тях. Динамичната връзка и взаимодействие

както между отделните части на хидросферата, така и между хидросферата и другите

обвивки на Земята - литосфера, атмосфера и биосфера, се осъществява чрез

всеобхватния механизъм, наречен воден кръговрат (хидрологичен цикъл) (фиг.1.).

Водният кръговрат е непрекъснато движение на водите в природата от едно място

към друго, от едно състояние в друго. Основните и вечно движещите сили на този

кръговрат са топлинната енергия, която получава от Земята и Слънцето, и земното

39

притегляне. Под действие на топлината водата от океаните, моретата, реките, езерата и

повърхността на Земята се изпарява и във вид на водни пари отива в атмосферата.

Водният кръговрат е непрекъснато движение на водите в природата от едно място

към друго, от едно състояние в друго. Основните и вечно движещите сили на този

кръговрат са топлинната енергия, която получава от Земята и Слънцето, и земното

притегляне. Под действие на топлината водата от океаните, моретата, реките, езерата и

повърхността на Земята се изпарява и във вид на водни пари отива в атмосферата.

Нека водните пари в атмосферата да бъдат отправна точка в хидрологичния цикъл.

Водата попада в атмосферата чрез изпарение от водните басейни и растенията, но също

и чрез процесите на дишане на животните. С повишаване на височината влажният

въздух се охлажда и накрая водните пари кондензират и образуват облаци.

Оттам водата отново се връща върху земната повърхност под формата на дъжд или

сняг. Част от водата попива в почвата и подхранва подземните води, друга част чрез

система от ручеи и реки попада в големите водни басейни, а трета част се използва от

растенията и животните.

Различават се три основни пътя за кръговрата на водата:

a) Повърхностни води –изпарение – кондензация. При този механизъм водата

става част от повърхностните води, откъдето се изпарява.

б) Изпарение чрез проникване в почвата. Водата попива в почвата, задържа се в

нея, а след това се изпарява пряко или чрез растенията.

в)Грунтови (подземни) води – повърхностни води. Водата попада под земята,

като достига нивото на грунтовите води. Оттам чрез изворите се влива в системата

на повърхностните води. По литературни данни общото клоичество на

изпаряващите се от цялото земно кълбо и отиващи в атмосферата водни пари за

една година е 577 000 km3. В атмосферата тези водни пари кондензират и под

действие на силата на тежестта падат във вид на валежи. Основната част от тези

водни пари (505 000 km3) се образуват и падат като валежи (458 000 km3) над

Световния океан, след което се включват отново в изпарение. Така над океаните се

образува т.н. океанско звено на водния кръговрат. Наред с това под влияние на

вздушните течения част от изпарилите се над океана води (47 000 km3) се отнасят

над сушата.

40

Фиг. 11. Схема на водния кръговрат на земята:1- валежи; 2-

водопропускливи скали; 3-слабоводопропускливи скали; 4-

водопропускливи скали; 5-извори; 6-посока на придвижване на водите и

водните пари

Тези водни пари осъществяват връзката между океанското и сушевото звено.

Заедно с водните пари, изпарени над сушата, те падат като валежи над земната

повърхност (119 000 km3). Значителна част от тези валежи отново се изпарява в

атмосферата, а друга (47 000 km3) претърпява сложен кръговрат. Тази част формира

оттока на реките и попълва запасите на подземните води. Речните води заедно с

излизащите в речните басейни подземни води под влияние на гравитацията се движат и

достигат океаните. По този начин те свързват сушевото и океанското звено и затварят

веригата на общия воден кръговрат. Наред с двете основни звена на водния кръговрат –

океанското и сушевото, върху сушата се формират и някой по-малки звена на водния

кръговрат, каквито са кръговратът на водите в безоточните райони и кръговратът на

подземните води.

Общият кръговрат на водите е един непрекъснато действащ механизъм. Той

осъществява връзката между отделните части и като цяло в хидросферата. Под негово

41

влияние общото количество на водите на Земята и в отделните части на хдросферата не

се намалява. Благодарение на водния кръговрат става опресняване и възобновяване на

природните качества на водите, което е от особено значение за поддържане живота на

нашата планета.

Промените във водния кръговрат намират количествен израз във водния баланс.

Водният баланс на цялото земно кълбо, изчислен за годишен период от време, се

състои от два елемента- приход, получаващ се от валежите и разход, изразяващ се в

изпарение. За общия кръговрат приходът и разходът са равни. Водните баланси на

Световния океан или на сушата, взети поотделно са малко по-сложни. В тях се включва

притокът на речните води в океана от сушата и разходът на водни пари от океана към

сушата.

Водният баланс на Световният океан може да се представи така: изпарението е

равно на валежите, падащи врху повърхността на океана плюс притока от речни води, а

за сушата – изпарението е равно на валежите минус речния отток.

В такъв опростен вид водният баланс може да се представи за многогодишен

период от време и за сравнително големи територии (океаните, цялата суша,

континентите и т.н.).

При пресмятане на водния баланс за малки територии уравнението става по-

сложно, тъй като трябва да се вземат предвид приходът или разходът на подземни води

със съседни басейни, хоризонтални валежи (роса, слана), сняг и т.н. Сложен е и

водният баланс, изчисляван за кратък период от време (сезон).

Водният баланс дава възможност за дълбоко проникване в процесите на водния

режим. Така, чрез анализ на водния баланс е установено, че водните пари в

атмосферата се обновяват средно за 8 денонощия, или за 1 година се извършват 45

влагооборота. Речните води се обновяват два пъти по-бавно – за 16 денонощия.

Периодът за обновяване на езерата е 17 години. Най-бавно се извършва влагооборотът

при дълбоко залягащите подземни води (1400 години) и полярните ледници (9700

години).

2. Видове естествени водни системи

Важна роля за свойствата на водите има концентрацията на разтворените соли. По

този признак водните басейни могат да се разделят на системи с прясна вода, вода в

устията на реките и морска вода.

42

2.1. Пресноводни системи.

а) Системи със забавен водообмен. Към тях спадат езерата, язовирите и блатата.

Някой от тези водоеми имат характер и на проточни водоеми.

б) Системи с течаща вода. Тези водоеми се характеризират с наличие на течение.

То играе главна роля в хоризонталното преместване на водните маси. Тези системи

могат да се класифицират по скоростта на течение, големината на оттока, ширината и

др.

2.2. Система на естуарите. Под естуар се разбира брегова водна система от

полузакрит тип, която има отворена връзка с морето. Естуарите са подложени на

силното влияние на приливите и отливите. Към тези системи спадат устията на реките,

а също и непосредствено влизащите в бреговата система заливи, блата и речни делти.

2.3. Брегови системи.

Бреговите системи обхващат водни маси със специфични характеристики, дължащи

се на съседството с брега. Тези характеристики са:

а) топография на бреговата линия, т.е. структурата и формата на брега. Този

фактор се мени от полегатпясъчен бряг до бряг с отвесни скали и наличие на бариерни

острови.

б) топография на дъното – основен фактор е наличието на континентален шелф.

На плитките места плътността на водата се определя от солеността, а не от

температурата.

2.4. Океански системи.

Тези системи обхващат отдалечените от бреговете райони на океаните и моретата.

Световният океан заема повече от 70% от повърхността на планетата. Доказано е, че в

него има живот и на дълбочина от няколко километра.

3. Специфични слоеве във водните системи.

Една от важните задачи, свързани с определяне степента на замърсяване на водата,

е изборът на местата за вземане на проби. Анализът се провежда или in situ (на място)

или другаде, ако е възможно да се запази пробата непроменена. В едно вертикално

сечение на дадена водна маса се различават следните места с повишена реакционна

способност.

3.1. Повърхностен слой. Понятието за повърхностен слой на океана играе важна

роля в разглеждане на масообменните процеси между атмосферата и водата. Тази

особена област се простира на дълбочина от 0 до 500.10-6m. Според някой автори на

43

този слой се пада около половината от дейността на океана и в него е съсредоточена и

голяма част от замърсяванията.

3.2. Основни водни маси.

Те се намират под повърхностния слой. В зависимост от дълбочината се разделят

на три подслоя:

а) Подповърхностни водни маси. Характеризират се с добра осветеност. Те са много

активни биологически и химически. В тях протича фотосинтезата и развитието на

голяма част от океанските организми. Според наличието на светлина във водните

басейни се различават две зони – еуфотична и афотична. В еуфотичната зона прониква

светлина и се извършва фотосинтеза. Афотичната зона е зоната на пълен мрак. Между

двете зони няма рязка граница и има преход на оскъдна и бързо намаляваща

осветеност. Тази гранична зона е дисфотична (зона на нарушено осветление).

б) Междинни или дълбочинни водни маси. Проникването на светлина е слабо и

свойствата им зависят от преместванията на водните маси.

в) Придънни водни маси. В тези слоеве се извършва взаимодействие между

утайката и водата. Ако вертикалната циркулация е затруднена, възможни са

съществени различия в концентрацията на примесите между тях и по-горните слоеве.

3.3. Утайки. Всички неразтворими вещества, по-тежки от водата, попадат в

дънните утайки. В зависимост от рН и окислително-редукционните характеристики на

средата съединенията могат да се разтварят или утаяват. Биологичната активност на

дънните организми способства за преобразуването на замърсяванията, при това те

могат да проявяват свойства, различни от първоначалните (например на морското дъно

неорганичните съединения на живака се превръщат в органични - метилживак).

Замърсяване на водите. Източници на замърсяване

1. Замърсяване на водите.

Под замърсяване на повърхностните и подземните води най-общо трябва да се

разбира неблагоприятното въздействие, което оказва човекът и извършваната от него

стопанска дейност върху състава и свойствата на водата. Това ограничава използването

на водата за цели, които тя удовлетворява в чисто състояние.

Изискванията за чистота и качество на течащите повърхностни води, опазване

на естествената екологична среда и създаване на благоприятни хигиенни условия за

водоползване се определят в зависимост от целта на употребата и изискванията на

44

водоползвателите. На тази база за оценка на качеството и състоянието на водните

течения и басейни у нас те се разделят на три категории:

I категория – водите се използват за питейно-битови нужди в хранителната и други

промишлености, изискващи води с питейни качества;

II категория – водите се използват за рибовъдство, културни и декоративни нужди;

III категория – тези води се използват за напояване и промишлени нужди.

Замърсяването на водите може да има физичен, химичен или биологичен

характер. Обикновено то е свързано с процеси на пренасяне на вещество или топлина.

Един от компонентите на дадена система може да се нарече замърсител, когато

концентрацията му надхърли дадена стойност и той предизвика нежелателни

въздействия в отделни части или в цялата система. Тази стойност се нарича прагово

равнище (праг). При оценяване на праговите равнища трябва да се анализират

взаимодействията между всички замърсители и техните реакции с околната среда. Това

не винаги може да се изпълни, затова много от показателите и нормите на замърсяване

са дадени на базата на предположения, а не на основата на експериментални данни.

Друг проблем, свързан с определяне на праговите равнища, е този за

непроменящите се вещества. Той се състои в това, че тези вещества могат да се

концентрират по биологичен път, предавайки се по цялята хранителна верига (това

явление се нарича биоакумулация). Понеже не се променят, такива вещества не могат

да бъдат елиминирани по естествен път. Затова е необходимо да бъдат изследвани

всички евентуални последствия от даден замърсител още преди да бъде дадено

разрещение за евентуалното му изхвърляне в хидросферата.

Въздействието на замърсителите върху околната среда може да се проследи по

промяната на някои основни параметри на водните системи.

Най-важните групи параметри, характеризиращи качествата на водите, са

свързани със съдържанието на кислород, на биогени и други биологичноактивни

вещества.

Кислородът е нужен за окисление на съединенията, намиращи се под една или

друга форма във водата. Той се ползва за дишане от бактериите и от по-висшите

организми.

Основни градивни елементи на автотрофните организми, от които водят

началото си хранителните вериги, са C, N, P, S. Ако наличието на тези хранителни

вещества (биогени) нарасне или спадне под определени равнища, тогава възникват

45

сериозни екологични промени, напр. еутрофикация (цъфтеж на планктона) при

обогатяване на водат с P и N.

Към биологичноактивните вещества спадат също тежките метали и някои

синтетични органични съединения, които попадайки в хранителните вериги, могат да

предизвикат хронични или остри изменения в организмите.

Намесата на човека в естествения кръговрат на водата не е необходима освен

там, където по предизвикани от него причини природните води се замърсяват. Това

става при изхвърляне във водоемите на използвани от човека води, които са загубили

природните си качества. Такива води се наричат отпадъчни.

2. Източници на замърсяване на хидросферата

Основни източници на замърсяване на хидросферата са:

2.1. атмосферните води, носещи в себе си разтворимите във водата

замърсители на въздуха. При активен почвен отток водите носят и различни

замърсители, попаднали по повърхността на земята, сградите и оборудването.

Напоследък зачестиха киселинните дъждове, като типична форма на връзка между

замърсяването на атмосферата и хидросферата. Те сериозно повреждат дървесната,

храстовата и тревната растителност, увеличават интензивността на кожните и

транспирационните заболявания.

2.2. градските отточни води, - включват преди всичко битови отпадъци –

фекалии, детергенти (миещи вещества), микроорганизми, включително и силно

патогенни микроорганизми от рода на колибактериите, салмонеловата бактерия и др.

2.3. промишлени отточни води – вредните примеси в тях са много

разнообразни от абиотични до микробни замърсители и др., а по количество те са вече

неизчислими. Данните показват, че с развитието на промишлеността рязко се

увеличава и количеството на отпадните води. Още през 1960 год. те са били над 700

млрд. m3. Само половината от течните отпадъци могат да бъдат подложени на

пречистване. Характерно е, че в резултат на технологични процеси се явяват няколко

вида отпадни води: реакционни води – получени в резултат на реакция с отделяните

във водата отпадъци; води, съдържащи се в изходните суровини или продукти – в

резултат на преработката се замърсяват с различни вещества; промивни води – те се

получават в особено големи количества в консервените предприятия, флотационните

фабрики и при водни абсорбенти и екстрагенти – при абсорбиране и екстрахиране на

различни вещества; охлаждащи води, не влизащи в технологичния процес – тук

става дума за топлинно и евентуално радиоактивно замърсяване на водоемите и

46

околната среда, което може да има както екологически (изразени в промяна на водната

растителност), така и социални последствия(особено при аварии в атомните

електроцентрали и проникване на радиация във водите за охляждане.

2.4. отточни води от селското стопанство. От една страна концентрацията на

животновъдството доведе до получаването на значителни количества течен тор. Това

поставя остро въпроса за очистване на отпадните води около големите животновъдни

ферми. От друга страна неразумната химизация в растениевъдството също води до

замърсяване на водите – директно, чрез почвения отток и косвено, чрез подземните

води.

3. Замърсяване на повърхностни води

Замърсителите, постъпващи в отпадните води условно могат да се на няколко

групи: По физическо състояние се делят на: неразтворими, колоидни и разтворени

примеси. По своята природа се делят на: минерални, органични, бактериални и

биологически.

3.1. Минерални замърсители – това обикновено са пясъчни и глинести

частици, рудни частици, шлака, минерални соли, разтвори на киселини, основи и др.

3.2. Органични замърсители – делят се на растителни и животински. Към

растителните спадат: остатъци от растения, хартия, растителни масла и др.

Животински са: физиологични отпадъци от хората и животните, остатъци от

животински тъкани и др.

3.3. Към бактериалните и биологически замърсители се отнасят различни

микроорганизми, в частност дрожди и плесенни гъби, дребни водорасли и бактерии.

Тези замърсители са свойствени главно на битови отпадни води и отпадъчните води на

някои промишлени предприятия. Битовите отпадъчни води включват води от кухни,

тоалетни, бани, столови, болници, води, отделяни при измиване на помещения и др. В

битовите отпадъчни води количеството на органичните вещества достига до 58%, а на

минералните –42%. В промишлените производства водата се използва като

топлоносител, поглътител, разтворител, като транспортно средство.

Под влияние на замърсителите във водните обекти възникват първични,

вторични и третични изменения.

а) първичните изменения се появяват при прякото въздействие на

замърсителите върху водните обекти. Те се изразяват в промяната на физико-

химичните и биологичните свойства на водата, на нейните състав и температура, газов

режим и на другите условия за обитаване на хидробионтите.

47

б) вторичните промени възникват при взаимодействието на замърсителите

помежду им или със съответните части на водата, в резултат на което се образуват

нови вещества, влияещи върху водните организми. В такъв случай е възможно дънните

утайки да гният или да ферментират, като едновременно с това се образуват токсични

вещества, да се засилват или отслабват хода на биохимичните процеси във водата и

почвите, процесите на водното самопречистване и минерализиране и др. Всичко това

влошава хидрохимичния режим – използването на водите за питейни, културно-битови

цели, за техническо водоснабдяване става невъзможно, рязко се влошяват условията за

обитаване на водните организми.

в) третичните изменения – При тях се нарушава сложният комплекс от

взаимни връзки между хидробионтите и външната среда и взаимоотношенията между

обитаващите водоема организми. При това може да бъде нарушен целия жизнен цикъл

на развитието им от оплождането до полово зрелите им форми. Започват да се разпадат

биоценозите вследствие на промените, настъпили в чувствителните към замърсяване

организми, и да се подменят с по-слабо чувствителни. Биологичната продуктивност на

водоемите се понижава, а понякога рибните запаси се унищожават напълно.

4. Замърсяване на подземни води

Това е такова изменение на качеството им (на химичния състав, физичните

свойства, санитарно-хигиенно състояние), при което водата става частично или

напълно негодна за използване. Като замърсяване на тези води се приема и

появяването на несвойствени за тях компоненти, макар и в такива количества, които не

превишават допустимите норми за качество на водите за комунално-битови цели.

4.1. Източници на замърсяване на подземни води могат да бъдат:

-местата за съхраняване и транспортиране на промишлена продукция и

производствени отпадъци;

-места за натрупване на комунално-битови отпадъци;

-селскостопански или други земи, върху които се използват торове, пестициди и

други химически вещества,;

-замърсени участъци от повърхностни водни обекти, подхранващи подземни

води;

-замърсени участъци на водоносния хоризонт, естествено или изкуствено

свързан със съседни водоносни хоризонти;

-участъци на инфилтрация на замърсени атмосферни валежи;

48

-площадки на промишлени предприятия, полета на филтрация, сондажни отвори

и други минни разработки.

Различават се микробно и химическо замърсяване на подпочвените

(грунтови) води. В подземните води някой патогенни бактерии и вируси живеят

достатъчно дълго (100 денонощия и повече). На микробно замърсяване са подложени

често грунтовите води. Огнища на замърсяване се образуват при наличие на полета на

санитарно почистване на тоалетни, обори, помийни ями през които протича пряка

филтрация на замърсените води.

Замърсяването на подземните води с химически вещества може да протече чрез

замърсяване на повърхностни води, които подхранват подземните. В подземните води

могат да попаднат различни замърсители от промишлени отпадъци, повърхностно-

активни вещества (ПАВ) и др.

Основни параметри и показатели за качеството на водите

Показателите, характеризиращи качествата на водите са многобройни

(регламентират се от Закона за водите) и се делят на физични (цвят, прозрачност, вкус,

мирис, температура), химични и биологични. Химичните свойства на водата се

обуславят от разтворените в нея вещества. Много рядко се определят всички

показатели, които характеризират химичните свойства на водата. Определят се само

онези , които са най-често срещани и вредни за човека. Най-често се контролират

следните показатели: температура, прозрачност (мътност), съдържание на

неразтворени (суспендирани) вещества, общо съдържание на разтворени вещества,

киселинност (рН), концентрация на разтворения кислород, общ сух остатък, химично

потребен кислород (ХПК), биохимично потребен кислород (БПК), съдържание на азот

(амониеви йони), фосфатни йони, тежки метали, повърхностноактивни вещества,

радиоактивни вещества и др.

1. Общ сух остатък, общ органичен въглерод.

Общият сух остатък дава основна представа за замърсеността на водата. Той

съответства на масата на веществата, задържани върху книжен филтър и изсушени при

105ºC. След накаляването им до постоянна маса (при 600ºC) се получава накален

остатък, който се изразява в проценти от масата на сухия остатък. Разликата между

масите на тези два параметъра се нарича загуба при накаляване. Приема се, че тя

изразява количеството на органичните вещества и може също да се представи в

49

процентни части от масата на на общия сух остатък. За определяне на леснолетливи

органични вещества може да се използва сушене чрез ацеотропни смеси

(температурата на сушене се понижава).

Съдържанието на органични вещества може да се оцени и чрез експресен

обемен анализ на въглерод, който се извършва чрез директно изгаряне на проба.

Отделеният СО2 се улавя количеството от разтвор на КOH и се пресмята процентът на

въглерод в пробата. Този показател се нарича общ органичен въглерод (ООВ).

2. Неразтворени (суспендирани) вещества.

Замърсеността на водата с неразтворени вещества се измерва обикновено чрез

обемната им коцентрация , т.е. масата на примесите в единица обем вода. С водата

примесите образуват истински разтвори или дисперсни системи. Замърсителите,

образуващи истински разтвор (т.е. еднофазна система) с водите, не могат да бъдат

отделени чрез механични методи.

Неразтворените вещества образуват с водите суспензии, емулсии или пени. В

зависимост от плътността си те се утаяват, изплават на повърхността или остават в

суспендирано състояние. Дисперните системи се делят на колоидни разтвори (1.10-6 –

1.10-4 mm) и на грубодисперсни системи (>1.10-4 mm).

Стандартната процедура за определяне масата на неразтворените вещества се

състои в изпаряване на определен обем вода и претегляне ня сухия остатък.

Измерванията на прозрачността (мътността) на водата също спомагат за оценяване на

концентрацията на неразтворените вещества.

Частта на утаяващите се неразтворени примеси се измерва чрез оставяне на

проба от водата в покой в продължение на 2 часа. Смята се, че масата на отложените на

дъното вещества представлява количеството на механично утаяващите се замърсители.

3. Разтворени вещества.

Приема се, че химичния състав на замърсителите на водите се определя от общото

съдържание на колоидно- и молекулно- или йонноразтворени примеси.

От едновалентните йони най-често срещани в природните води са К+, Na+, NH4+,

а от двувалентните – Ca2+ и Mg2+. Последните два са особено важни, понеже лесно

образуват утайки (накипи) в промишлени и битови тръбопроводи.

От анионите най-разпространени са Cl-, SO42+, CO3

2+ и HCO3-. Високата

концентрация на първите два йона във водите предизвиква ускорена корозия на

50

тръбопроводите, а също и някои стомашни проблеми у хората. Наличието на

последните два йона улеснява образуването на утайки, особено при нагряване.

Друга група аниони отразява наличието на биогенните елементи азот и фосфор

(като нитрати и фосфати) във водите. Повишената им концентрация е предпоставка за

т. нареч. еутрофикация (цъфтеж на водоемите). Съдържанието на нитритни йони (NO2-

) също представлява интерес поради високата им токсичност. В храносмилателната

система на човека част от нитратите се редуцират до нитрити, т.е. повишеното

съдържание на нитрати може пряко да навреди на човека. Представа за общото

съдържание на разтворените вещества може да се получи чрез измерване на

специфичната електропроводимост на водата.

4. Количество разтворен кислород.

Разтворимостта на кислорода във водата е малка (от порядъка на 10 mg/dm3 при

налягане близко до атмосферното), но този елемент играе съществена роля за живота

във водата и за процесите на пречистване на замърсени води. Разтворимостта на

кислорода намалява при повишаване на температурата на водата. Повишената

концентрация на разтворени вещества също намалява разтворимостта на кислорода

(морските води съдържат по-малко кислород от речните води).

Най-разпространен метод за количествен химичен анализ за съдържание на

кислород е т.н. Винклер-тест или негови модификации.

Както недостигът така и излишъкът на кислород са рискови фактори за водните

организми. Трябва да се има предвид, че заедно с кислорода във водата се разтваря и

азот, макар че разтворимостта му е два пъти по-малка от тази на кислорода. Поради

това пресищането на водата с въздух може да доведе до азотна наркоза, дължаща се

на образуване на мехури от азот. Те се образуват поради това, че азотът прониква през

хрилете заедно с кислорода, но не се консумира физиологично. Пресищане от 120-

140% с азот вече причинява известен процент смъртност у рибите.

Въведени са две понятия: степен на насищане и кислороден дефицит. Под

степен на насищане се разбира отношението (в проценти) между текущата

концентрация на кислород в даден образец и равновесната (при същите условия)

концентрация. Кислородният дефицит D представлява разликата между равновесната

концентрация на кислород и измерената в пробата концентрация. Той може да се дава

както в проценти, така и в абсолютни единици (например mg/dm3).

51

5. Перманганатна окисляемост.

Перманганатната окисляемост характеризира концентрацията на нестабилни

органични вещества, които могат да бъдат окислени с калиев перманганат KMnO4.

Някои органични съединения не се окисляват от KMnO4 (пестициди, детергенти), а

други се окисляват непълно (белтъчни вещества, феноли). Затова този метод се ползва

преди всичко за контрол на качествата на слабозамърсени води (питейна вода).

Окислението може да се извърши както в кисела така и в алкална среда.

6. Химично потребен кислород (ХПК, дихроматна окисляемост).

Това понятие отразява общото кличество вещества в даден обем вода, които

могат да бъдат окислени с калиев дихромат, т.е. ХПК включва кислорода, нужен за

окисляване на метални йони с променлива степен на окисление, на сулфиди, нитрити,

хидрогенфосфати, органични вещества, неразградими по биохимичен път, и др. ХПК

се изразява в mg/dm3. Някои вещества не се поддават на окисление (бензен, парафин,

нафталин, пиридин и др.). Този метод не може да определи също количеството на

кислорода, изразходван за окисление на амониевите йони до нитрити и нитрати.

7. Биохимично потребен кислород (БПК5).

Този показател изразява количеството кислород, необходим за биохимичното

окисляване (в продължение на определено време) на органичните замърсители във

водата. Изразява се като количество кислород (g или mg) на определен обем вода (dm3

или m3). Биохимично потребния кислород не отразява обаче общата маса на

органичните вещества, тъй като не може да включи тази част, която се използва за

прираст на бактериите, нито устойчивите на биохимично разграждане вещества.

Биохимичното разграждане на органичната материя в аеробна водна среда

протича в два стадия. Първият от тях, наречен въглероден етап завършва за 20

денонощия (при 20 0С). През този етап аеробните микроорганизми, осъществяващи

биохимичното окисление, консумират органичните съединения, които не съдържат

азот. Вторият етап, наречен азотен етап се състои в минерализиране на

азотсъдържащите органични вещества. Той продължава около 40 денонощия (при 20 0С).

8. Относителна стабилност (устойчивост).

Относителната стабиност S представлява отношението (в проценти) между

наличния биохимично използваем кислород и БПКп. Първата величина се получава от

сумата на разтворения кислород и на този, свързан с нитрити и нитрати. Устойчивостта

52

може да се разглежда и като продължителност на индукционнив период на

ферментация. В такъв аспект под относителна стабилност на водите се разбира времето

до настъпване на анаеробни процеси (загниване).

9. Водороден показател (рН).

Киселинността на водите оказва силно влияние върху процесите на

самопречистване, които протичат в тях. Най-благоприятни за тези процеси са

приблизително неутрални води, каквито са повечето природни води. Комунално-

битовите отпадъчни води имат стойности на рН от 7,2 до 7,6, а рН на

индустриалните води може да варира сино според характера на използваните в

съответните процеси киселини и основи.

10. Бактериологично и биологично замърсяване.

Живеещите във водите микроорганизми се делят на две групи:

а) естествени обитатели на водните басейни (фитопланктон, зоопланктон). Те

са сравнително безвредни и не влошават качествата на водата.

б) патогенни бактерии, вируси и паразити. Те попадат във водите чрез

жизнената дейност на хората и животните.

Анализът за този вид замърсяване се провежда обикновено по микроскопски

път Прието е то да се следи по наличието на бактериите от вида Bakterium Coli

Komminus. За количествена мярка служи понятието колититър (обем вода (cm3), в

който се съдържа една колибактерия). За удобство е въведен и показателят

колииндекс, който се дефинира като брой колибактерии, съдържащи се в 1 dm3 вода.

Заразените с патогенни организми води са потенциално опасни за хората и

животните. Затова като последна обработка на различните видове води се предвижда

тяхната дезинфекция.

11. Температура.

Отклонението на температурата от нейните естествени стойности в обема или на

повърхността на водната маса има неблагоприятни последици за водния басейн и за

живота в него (с повишаване на температурата нараства концентрацията на

разтворените соли и намалява съдържанието на кислород). Това влошава условията за

живот на микроорганизмите и рибите или измества екологичното равновесие в ущърб

на някои ценни видове. Вертикалната термична стратификация на водите най-общо се

основава на следните хидротермични наслоения: Хомотермично наслоение,

характерно с почти еднакви температури във всички водни слоеве. Хетеротермично

53

наслоение, характерно с различни температури на водните слоеве в дълбочина. Дели

се на няколко разновидности: Анатермично – проявява се с по-високи температури в

повърхностния слой и постепенно понижаване на температурата в дълбочина.

Мезотермично – най-висока температура имат междинните слоеве. Кататермично – с

най-висока температура са придънните слоеве. Дихатермично – тук най-студени са

междинните слоеве като температурата се повишава към повърхността и дънните

слоеве.

Измерването на температурата лесно се поддава на автоматизация, като за

чувствителни елементи се използват термодвойки и термометри. За измерване

температурата на океаните се използват и спътникови апаратури, основаващи се на

измерване на инфрачервените излъчвания.

12. Еквивалентен брой жители.

При необходимост да се обработват съвместни данни за замърсявания,

произлизащи както от комунални, така и от индустриални източници, се въвежда

понятието еквивалентен брой жители. Nекв. То изразява хипотетичния брой жители,

внасящи замърсяване, равно на това, което причинява съответното количество

индустриални води. Най-често Nекв. се разглежда като функция от количеството

неразтворени вещества и от БПК. (формули).

Включването на индустриални отпадъчни води в градската канализация

предизвиква съществени изменения във вида и количеството на замърсителите. При

всеки такъв случай трябва предварително да се обсъди дали не е за предпочитане

предприятието да изгради локална пречиствателна станция.

Замърсяване на водите с нитрати, нитрити и фосфати и влиянието им върху

екосистемите и човека

1. Хранителните вещества във водните системи

В общ смисъл към хранителните вещества се отнасят редица химични

съединения или елементи, важни за развитието на организмите. Някой от тях са нужни

в много малки количества (цинк,мед,желязо,кобалт и др.), но техния дефицит нарушава

жизнените процеси в даден организъм. Други вещества са необходими в големи

количества Това са преди всичко тези, съдържащи C, N, P, S, O. В повечето случаи (с

54

изключение на Р) даден елемент извършва цикъл през атмосферата, литосферата и

хидросферата.

След попадането си в хидросферата хранителните вещества се консумират

първично от растенията, които представляват храна за по-висшите организми. В

процеса на хранене и растеж растенията превръщат неорганичните съединения,

съдържащи биогенни елементи, в органични съединения, годни за консумация от

животинските организми. След смъртта на даден организъм съдържащите се в него

хранителни вещества се разлагат и биогенните елементи отново преминават в

минерална форма. По такъв начин се затваря цикълът на хранителните вещества в

хидросферата.

Най-лесно усвоими са нитратния и дихидрогенфосфатния йони. Тяхната

повишена концентрация стимулира растежа на фитопланктона. При наличие на всички

хранителни вещества се достига до цъфтеж на водоема (еутрофикация). В тези случаи

се понижават естетическите и вкусовите качествата на водата.

1.1. Азотът във водните системи

Основното количество азот на Земята е съсредоточено в атмосферата (79 об.%).

Средната концентрация на азот в хидросферата е около 5.10-5мол/dm3. Газообразният

азот е химически и биологически неактивен. Привеждането му в използваеми форми се

нарича фиксиране

Кръговратът на азота протича само ако температурата на почвата е над 5-80С.

Това е мого важно за отмиване на нитратите.

С директната или индиректната намеса (торене или киселинен дъжд) човекът

внася допълнителни количества азот в почвата (100 до 530 кг/хектар годищно).

Същевременно той отстранява известни количества азот чрез събиране на растенията

за собствена прехрана или за домашните животни. Азотът е достъпен за растенията не

само в подвижните си амониева и нитратна форма. Подвижният азот е водоразтворим и

лесно може да бъде отмит.

Фиксирането на азота в хидросферата се извършва от синъозелените водорасли,

които синтезират амоняк. Амоняк се получава и при минерализация чрез бактерии на

аминокиселините в мъртвите организми. По нататък амониевите йони, съществуващи

във водата, се окисляват от бактериите nitrozomonas и azobaktera. Процесът се нарича

нитрификация. Във водна среда (анаеробен процес) се извършват и процеси на

денитрификация, чрез които азотните съединения се преобразуват до азот, с което се

затваря цикълът на азота.

55

Пресноводните и брегови водни системи са основни приемници на големи

количества азот, съдържащи се в битови, селскостопански и промишлени отпадъчни

води. Затова има опасност за повишени концентрации на нитратни и нитритни йони в

тях.

1.2. Фосфорът във водните системи.

Кръговратът на фосфора не преминава през атмосферата, а в хидросферата се

събират всички фосфорсъдържащи съединения. Кръговратът на фосфора в

хидросферата също както при азота се основава на микробиологични процеси. Важен

антропогенен източник на фосфор във водните системи са детергентите, много от

които съдържат полифосфати (натриев триполифосфат), които при хидролиза се

разлагат до хидрогенфосфатни йони. Миграцията на фосфора в хидросферата завършва

на дъното, където се утаяват неразтворимите му съединения.Утайките, като склад на

фосфор влияят върху съдържанието му във водата. От там фосфора постъпва във

водата и предизвиква еутрофикация на водните басейни.

2. Причини за наторяване и използвани торове

Една от съставните части на почвата, която е от особено значение за селското

стопанство е хумусът. Той се образува при разлагане на биомасата. Този процес се

нарича хумификация. При него се образуват високомолекулни поимерни,

трудноразтворими съединения, които свързват вода, неорганични и органични

вещества и могат бавно да ги отделят отново. В естествени условия съдържащите се в

хумуса органични вещества бавно се минерализират. Минерализацията представлява

окислително разграждане на органични вещества до вода, въглероден диоксид,

сулфати, нитрати и фосфати. В почвата се установява равновесие между

хумификацията и минерализацията.

Киселинността на почвите влияе върху адсорбцията и освобождаването на

водородни, калциеви, магнезиеви и калиеви йони в почвения разтвор. Само

неадсорбираните, разтворени вещества са достъпни като хранителни вещества за

растенията. Други важни хранителни вещества са азотът и фосфорът.

Недостигът на азот, фосфор и калий в почвата се компенсира чрез наторяване.

Използват се органични торове като оборски тор, компости и т.н. минерални торове,

т.е. синтетични. Към органичните торове се причисляват вещества, които се образуват

в селскостопанските предприятия и съдържат големи количества азот и фосфор. Към

тях спадат екскременти от оборите, остатъци от слама и зърно, течни торове и смеси от

56

твърди и течни животински екскременти. Към тази група спадат още костното брашно

(смлени кости с високо калциево и фосфатно съдържание), гуано (богати на азот и

фосфор екскременти на морски птици) и шлам от пречиствателни съоръжения.

За разлика от органичните торове минералните торове съдържат добре и бързо

разтворими компоненти. От фосфорните торове най-често се използват суперфосфат

(дихидрогенфосфат), преципитат (монохидрогенфосфат) и томасово брашно. Първите

два се получават при разлагане на природни фосфати с минерални киселини.

Tомасовото брашно (Ca5(PO4)2.SiO4) се получава като отпадък при производството на

стомана. Тъй като фосфата в него е по-трудно разтворим от хидрогенфосфатите, той

по-трудно се освобождава и е достъпен за растенията по-дълго време.В зависимост от

киселинността на почвата са стабилни различни форми на фосфатите йони. В кисели

почви преобладават моно-, а в алкални – дихидрогенфосфатните йони.

От азотните торове се използват чилска селитра (натриев нитрат), амониев

сулфат, амониев нитрат и карбамид. Чрез тях се внасят нитратни и амониеви йони. От

калиевите торове се използва калиев нитрат, калиев хлорид. Към комбинираните

торове спадат калиев нитрат, амофос, нитрофос, нитрофоска и др. , съдържащи и трите

елемента. Освен тези торове се използват и негасена вар, магнезиев оксид и др.

Употребата на вар зависи от количеството и киселинността на киселинния дъжд, тъй

като с варуването се неутрализира киселинността на почвата.

2.1. Минералните торове – причина за повишено съдържание на нитрати

Наличието на известни малки количества нитратни йони в повърхностните и

подземните води е естествено и се дължи на постъпването им от почвата. В почвата

азотът е свързан под формата на сложни органични вещества (хумус). Нитратите не са

трайно свързани с почвените частици и лесно се отмиват от падналите валежи. Дори

при оптимално дозирано торене поради интензивна селскостопанска дейност

замърсяването на водите с нитрати е неизбежно. Повишеното постъпване на нитрати

може да възникне по следните причини: а) неспециализирано приложение на

органични и минерални азотни торове: при минералните –погрешен период на

употреба и погрешно дозиране, а при органичните- дозите са неизвестни. б) при

интензивно животновъдство, когато не съществува възможност отделящият се течен

тор да се съхранява неправилно и се използва в неподходящо време. Резултатът е

високо съдържание на нитрати в подпочвените води. Повишеното съдържание на

нитрати в повърхностните води е от значение тогава, когато поради високо фосфатно

съдържание вече не фосфатите, а нитратите се превръщат в минимален фактор за

57

растежа на растенията. Това е валидно за повърхностни водни басейни като езерата, а

също и Черно море. Ситуацията при подпочвените води е различна: При употреба на

подпочвените води, съдържащи нитрати, като питейни, нитратите проникват в

човешкото тяло. Растенията, чиито растеж е стимулиран от предозирано нитратно

торене, също могат да съхранят наднормени количества нитрати. При нарязването им

(например зеленчуци) постъпват големи количества нитрати в човешкия организъм.

Миграцията на нитрати от почвата към подпочвените води е сезонно и температурно

зависим процес. При замръзване на почвения слой се блокира изцяло движението на

водата и се спира миграцията. При високи летни температури се забавя интензивността

на растежа, с което се намалява и усвоеното количество нитрати.

В България средногодишните концентрации на нитрати в повърхностните води

варират от 10 до 20 мг/л. Увеличението спрямо фоновите концентрации на

планинските реки е от 10 до 20 пъти. След 1990г. във водите на много наши реки-

Марица, Дунав, Струма, Огоста се наблюдава понижаване на концентрациите на

нитрати.

Някои растения са склонни да акумулират повишени количества нитрати и дори

нитрити (зелен боб, краставички,моркови, червено зеле, репички, червено цвекло).

2.2. Замърсяване, причинено от индустриалното животновъдство

Отпадъците от животните са много богати на азот, фосфор и калий и тези

торове често се използват. Усреднените данни за тези елементи са: азот-в говеждия тор

– 5 кг/тон; в свинския тор – 4 кг/тон; в птичия тор – 15 кг/тон; P2O5 –съответно 3, 4 и 18

кг/тон; K2O –съответно 6, 3 и 8 кг/тон. От тези данни следва, че употребата на оборски

тор и промивни води от фермите също могат да бъдат източници на биогенни

елементи. Затова е необходимо да се вземат мерки за намаляване на рисковете от

замърсяване с азот. Такива са например дажбата на протеин, пречистване на отпадните

води, правилно складиране на естествените торове.

3. Рискове за околната среда и човека, дължащи се на замърсяването с

нитрати и нитрити.

3.1. Въздействие на нитратите върху човека.

Един от големите рискове за околната среда, дължащ се на нитратното

замърсяване, е еутрофикацията, която уврежда водните системи. Самите нитрати не

са отровни за човека, едва при големи количества може да предизвика смущения в

58

стомашно-чревния тракт.Нитритите представляват пряка опасност за здравето на

човека.

В двойката нитратен/нитритен йон вторият йон може да играе ролята на

редуктор, а в двойката нитритен/ нитрозо йони – ролята на окислител. Поради това

вероятността нитритния йон да реагира с различни молекули или йони е голяма, което

е причина за токсичността му. По тази причина главният риск за човешкото здраве е

нитритният, а не нитратния йон. Преобразуването на нитрати в нитрити изисква

енергия и в биологична среда може да се извърши под действието на ензима

нитратредуктаза. Този ензим съществува в растенията и в бактериите, но напълно

липсва у животните. В устната кухина на човека има бактерии, които трансформират

около ¼ от приетите нитрати в нитрити.

За нитратното натоварване на организма се съди по концентрацията на нитрати в

урината. Приема се, че количеството на отделените нитрати е около 1,5 пъти по-голямо

от това на приетите с водата. Адсорбцията на нитратните йони е най-бърза в началните

участъци на тънките черва. Около 2/3 от приетото през устата количество нитрати се

изхвърля с урината през първите 24 часа, а няколко % се отделят също чрез урината

под формата на амоняк и урея (карбамид). С изпражненията се отделят само около 1%

от въведените нитрати. Този факт се обяснява с бързата редукция на нитратите от

микрофлората в дебелото черво.

На база на натрупани експериментални данни СЗО определя като допустими

дневни дози на килограм телесно тегло –за нитрати –5 мг/кг, за нитрити – 0,2 мг/кг.

а) метхемоглобин. Първите известни случаи на отравяния с нитрити датира от

1895 г. и са регистрирани при говеда. Установено е, че нитритите, присъстващи в

стомасите на животните, произлизат от редукцията на нитратите от зелената царевица.

Този тип отравяне е бил наречен метхемоглобинемия.

Нитритите влияят пряко върху хемоглобина, тъй като окисляват Fe-II до Fe-III и

по този начин пречат на хемоглобина да осъществи ролята си на дихателен пигмент.

Естественото ниво на метхемоглобин в кръвта на здрав човек е 0,8%. Признаците на

метхемоглобинемия стават забележими, щом % на метхемоглобин достигне 10%

(променят се цвета на кожата и лигавицата),. При достигане на 70% отравянето

(заболяването се нарича асфикция)може да доведе до смърт. При възрастни хора

смъртните случаи са редки, тъй като при тях организма притежава ефикасни функции

на защита. По-опасно е при бебетата (кърмачетата – при тях в стомашния сок липсва

солна киселина- рН е около 7 и средата е благоприятна за редукция на нитратите).

59

б) нитрозоамините – риск от рак. Нитритните йони, респективно азотистата

киселина може да взаимодейства с амини. Изследвания върху плъхове са показали, че

нитрозоамините притежават канцерогенни свойства. 75% от изследваните

нитрозоамини предизвикват тумори на черния дроб (главно), на стомаха,бъбреците,

панкреаса и др.

в) приложение на нитрати и нитрити в хранителната промишленост.

Нитритите са токсични за човека, но са много по-токсични за нежеланите

микроорганизми, които се развиват в месото и консервите. Затова те се използват като

антимикробни добавки, за стабилизиране цвета на месните продукти, а имат и

благоприятно въздействие за образуване на приятни аромати. Антимикробната

активност на нитратите и нитритите зависи от редица фактори (рН, Т, окислително-

редукционни свойства на средата). Въздействието на нитритите върху

микроорганизмите се дължи на вътрешноклетъчно образуване на NO, който блокира

съществен етап от метаболизма им. Нитритите въздействат и върху лошо миришещите

амини и спомагат за получаването на приятни миризми на консервираните меса.

4. Рискове при замърсяване от фосфати

Селското стопанство внася ¼ от общото замърсяване с фосфати. То се дължи по

равно на животновъдството и торенето. Фосфатното замърсяване (около 14% от

общото фосфатно замърсяване на повърхностните води) се дели на 2 части – по около

7% от органични и минерални торове. Следователно приложението на минерални

торове не е основната причина за високото фосфатно съдържание на повърхностните

води. Причината е, че поради интензивно селско стопанство голяма част от горните

почвени слоеве ерозират и фосфатите заедно с отнесената почва, съответно хумус се

отмиват в повърхностните води. Следователно намаляване на фосфатния принос от

торове може да се извърши само чрез мерки, намаляващи ерозията. За подпочвените

води, за разлика от нитратите фосфатите за сега все още не представляват опасност. В

бъдеще обаче е възможно и фосфатните торове да създадат проблеми. Фосфатите се

добиват от седиментни находища и са примесени с тежкия метал кадмий. По този

начин заедно с фосфатния тор в почвата попада и кадмий. Фосфорните торове

съдържат в известни количества още: арсен, уран, торий, радий и техните продукти на

разпадане.

Фосфатите, попаднали в реките, се изливат директно в морето и седиментират

бавно. Те по принцип не са отровни за хората и животните. Попаднали в бавнотечащи

или застояли води обаче фосфатите предизвикват увеличено развитие на водорасли

60

(еутрофия – цъфтеж на водорасли). Първото следствие от това е помътняване на

повърхностния слой, което води до намаляване на дълбочината на проникване на

светлината. Вследствие на това се появява саморегулиращ ефект, който ограничава

фотосинтезата. Освен това се достига до силно увеличаване на зоопланктона, който се

храни с водорасли. С потъването на мъртвия планктон и мъртвите растения до

морското дъно достигат огромни количества органично свързан фосфор, който чрез

бактериално разлагане с участието на кислород се извлича от биологичния кръговрат

под формата на ферифосфат. При продължително подаване на фосфати може да се

достигне до кислороден дефицит.Разлагането на биомасата вече става в анаеробни

условия, тъй като във водата няма повече кислород. В резултат на разлагането освен

метан се образуват още токсични прдукти и амоняк. При тези редукционни условия

ферифосфатът се превръща във ферофосфат, който е добре разтворим във вода. Така

утаеният ферофосфат отново се връща в биологичния кръговрат и стимулира

органичната продукция в горните морски слоеве. На морското дъно се образува т. н.

мъртва тиня. При това нормално живещите в кислородни условия живи организми

измират, водата “се обръща”. Преминава от еутрофно в хипертрофно състояние.

Първият признак за настъпващо хипертрофиране на водния басейн е появата на

цъфтеж на водораслите. Това е възможно само през лятото, тъй като е необходима

достатъчно интензивна слънчева светлина.

Замърсяване на водите с пестициди и повърхностно-активни вещества и

влиянието им върху екосистемите

1. Биоциди. Видове и необходимост от използване. Биоцидите са вещества,

получавани главно по химичен път, които предпазват растенията във фаза на растеж от

болести и нападения от вредни животни, предотвратяват конкуренцията на други

растения за светлина и хранителни вещества и запазват реколтата от загуби. Другото

им наименование е пестициди (в превод – средство за унищожаване на вредители).

Най-голяма роля от биоцидите играят хербицидите, инсектицидите и фунгицидите, на

които се падат около 95% от световната употреба на биоциди. Пресметнато е, че без

употреба на биоциди действителната реколта в света би намаляла до 1/3.

61

1.1. Инсектициди. Преобладаващата част от инсектицидите са хлорирани

съединения и естери на фосфорната киселина. Съществуват и други активни съставки

като карбамати, органични нитросъединения, или такива с растителен произход

(производни на пиретрума). Най-оспорваната група е тази на хлорираните

въглеводороди, включваща инсектициди, получили незавидна популярност като ДДТ,

линдан, диелдрин, алдрин и др. Повечето от тях са забранени за употреба. Причината е

високата активност и стабилност на тези вещества, които по този начин могат лесно да

попаднат в хранителната верига. Естерите на фосфорната киселина се разграждат

биологично по-бързо. С изключение на неизяснения въпрос за “свързаните

остатъци”, те се смятат за безопасни за околната среда. Според активните съставки

тези естери се делят на две групи: тези със систематично действие след поемане през

корените се разпределят в цялото опазвано растение. Инсектицидите от тази група по

правило са отровни. Най-известен представител е паратионът (Е605). Половината от

случаите на биоцидни отравяния по света се дължат на паратиона. Другата група са на

моно- и диметилкарбаматите на еноли, феноли, хетероциклени съединения и оксими.

Те се смятат за биологично добре разграждащи се. По правило карбаматите, както и

естерите на фосфорната киселина, са токсични за топлокръвните, т.е. за човека.

1.2. Хербициди. Както инсектицидите така и хербицидите се състоят от

различни активно действащи групи съединения. Органичните съединения са 95% от

използваните хербициди. Чисто неорганични са натриев хлорат (NaClO3) и калиев

цианамид (CaCN2). Най-важни от ограничните хербициди са производните на

феноксикарбоновите киселини, хетероциклени съединения и производни на карбамида.

Към хетероциклените съединения принадлежи и най-употребяваната група на

триазина, чието действие върху растенията се основава на забавяне на фотосинтезата,

при което се смущава изграждането на въглехидратите. Масовата употреба на

триазини е довела до значително замърсяване на околната среда., тъй като много бавно

се разграждат и могат да проникват в подземните води.

1.3. Фунгициди. Те се прилагат профилактично, за да се предпазят растенията

от гъбни заболявания. Използват се и като дезинфектанти на семена, с цел

унищожаване на полепналите по тях гъбни спори. Най-известни фунгициди са

металорганични и неорганични съединения. Медният сулфат, сярата и медния

оксихлорид – CuCl2.3Cu(OH)2 се използват много отдавна като фунгициди. Сред

модерните металорганични фунгициди най-голямо значение са придобили живачните,

62

цинковите и калаените съединения, както и дитиокарбаматите, които представляват

важна група фунгициди.

2. Замърсяване на водите с биоциди и влиянието им върху екосистемите

Тъй като биоцидите, които се използват в селското стопанство участват в

кръговрата на хранителната верига са отровни, съществува сериозна потенциална

опасност за хората и животните. Важно изискване, което днес се поставя към

биоцидите, освен специфичното им действие е бързото разграждане в почвата. Дори и

при бързото разграждане не се изключва опасността за околната среда, което зависи и

от т.н. “свързани остатъци”.Освен свързаните остатъци основен проблем при

употребата на биоциди е замърсяването на повърхностните и подпочвените води.

Биоцидите (пестицидите) постъпват във водоемите с дъждовните и снежните

води (повърхностния отток), отмиващи пестицидите от растенията и почвата; при

авиационната и наземна обработка на селскостопанските земи и гори; при

непосредствена обработка на водоемите с пестициди; с дренажно-колекторни води,

отделящи се в селскостопанското производство; с отпадни води от предприятията,

произвеждащи биоциди и др.

Решаваща роля за възможното замърсяване на подпочвените води е частта от

биоцида, действително поета от растението. Остатъкът може да проникне с

просмукващата се дъждовна вода в дълбоките почвени слоеве. Там температурата е по-

ниска и почти липсват микроорганизми, които да разградят биоцида и той лесно може

да премине в подпочвената вода, а от там и в повърхностните води (реки, езера, морета

и океани). След попадането им във водата пестицидите оказват вредно влияние на

жизнеспособността и развитието на водните растения, микрофлората, планктона и

рибите, а по пътя на хранителните вериги – и върху организмите, живеещи на сушата.

По данни на ЮНЕСКО замърсяване с пестициди е констатирано и в мазнините на

тюлените и пингвините, обитаващи бреговете на Антарктида, твърде далече от местата

на употребата им. За да не се допуска преминаването на пестициди в питейната вода е

необходимо тяхното отстраняване. Това се постига във водните пречиствателни

станции с голям разход на активен въглен.

3. Замърсяване на водите с ПАВ и влиянието им върху екосистемите

ПАВ се използват масово в бита. Техни традициони представители са сапуните,

а от няколко десетилетия и синтетичните перилни препарати. Във водоизточниците

ПАВ постъпват с битови отпадни води, с отпадни води от предприятия -

производители на тези вещества, на леката промишленост (текстилна, кожарска –

63

където те се използват за обезмасляване, дъбене, избелване, боядисване, печатане и

др.), а също с отпадни води от много други промишлени процеси (флотационно

обгатяване на руди, разделяне на продукти, получаване на полимери и др.).

В състава на търговските ПАВ обикновенно влизат една или повече групи на

повърхностноактивни реагенти и свързващи компоненти (омекотители). Този състав

осигурява две функции:

а) намаляване на повърхностното напрежение на течността, в която те се

разтварят и образуват стабилна емулсия или суспензия с извлечени от тъканите

замърсители. Това въздействие се дължи на факта, че молекулите на ПАВ се състоят от

две части – ходрофобна и хидрофилна. Първата се прикрепва чрез сорбционни сили

към хидрофобните замърсители върху текстилните влакна, а хидрофилната част остава

насочена към водните молекули. Поради добрите си повърхностно активни свойства

молекулите на перилните препарати се вмъкват между замърсителя и влакното и

отслабват връзките между тях. В резултат се получава емулсия с отделни хидрофобни

частици замърсител, обградени от молекули ПАВ.

б) Намаляване твърдостта на водата чрез свързване на калциевите и

магнезиевите йони. Това е необходимо, за да се осигурят миещите свойства на ПАВ,

понеже последните са склонни да образуват малкоразтворими съединения с Са и Мg

йони (т.н. пресичане).

Освен това с ПАВ се добавят избелители (натриев перборат) и

блескообразуватели (кумарин, фуран). Избелителите се разлагат с отделяне на

водороден пероксид, който окислява случайно боядисаните вещества.

Блескообразувателите са вещества, които преобразуват ултравиолетовите лъчи във

видима синя светлина. В ПАВ могат да се добавят и други добавки – ферменти,

инхибитори на корозия, парфюмиращи вещества.

Повърхностно активните реагенти се разделят на три вида: анионактивни

(алкилбензенсулфат) катионактивни (четвъртични амониеви соли) и нейоногенни.

Свързващите компоненти на миещите средства могат да взаимодействат с

йоните на калция и магнезия от водата, а също и с твърди частици в текстила (пот,

ороговяла кожа, хранителни остатъци, прах и др.). Най-разпространени свързващи

компоненти са смеси на полифостати с натриев триполифосфат (Na5P3O10).

Както ПАВ така и омекотителите, попадайки във водата, я замърсяват.

Скоростта на разлагането им е ниска . Те стабилизират колоидните суспензии и така

снижават ефективността на утаителите в пречиствателните станции.

64

Фосфорните компоненти на миещите средства хидролизират с образуване на

нетоксични монофосфати. Хидролизните продукти са безвредни за водообитаващите

животни и човека. Фосфорът обаче е биогенен елемент и обогатяването на водите

може да доведе до еутрофикация, която води до понижаване количеството разтворен

кислород. Затова замърсените води трябва да се пречистват от фосфорни съединения.

Напоследък като заместители на полифосфатите са предложени редица

вещества като натриевия карбонат, натриевата сол на нитрилтриоцетната киселина

(NTA). Тези вещества също имат недостатъци (първото има силна алкална реакция, а

второто образува разтворими комплекси с кадмиеви и живачни йони, а също и нтрати

при разлагането си). При известни условия от NTA се образуват нитрозоамини, които

са канцерогенни съединения.

Замърсяване на водите от неорганични и металургични производства и

енергетика

и влиянието им върху екосистемите

1. Замърсяване на водите от неорганични производства и влиянието им

върху екосистемите.

Промишлените отпадъчни води се изхвърлят от предприятията след използването

им в процеса на производството. Количеството и качеството на тези води е различно и

зависи от вида на преработваните суровини, добавяните в процеса на преработката

вещества, нивото и характера на технологичните процеси и др.

Едни от главните замърсители на природните води са отпадъчните вещества от

химическата промишленост. Водите, изпускани от химическите предприятия,

съдържат различни разтвори и примеси от органични и неорганични съединения, които

в повечето случаи имат специфично токсично действие. Неорганични съединения

съдържат предимно водите, изпускани от заводите за производство на сярна киселина,

калцинирана сода, сода каустик, амоняк, азотна киселина и азотни торове, фосфорна

киселина и фосфорни торове.

1.1. Главен източник на замърсяване при производството на сярна киселина по

контактния метод са газовете, напускащи абсорберите. Те съдържат главно азот и

кислород, но още средно 0,26% серен диоксид и 457mg/m3 мъгла от сярна киселина.

Тяхното вредно въздействие върху растителността се проявява главно под формата на

65

т.н. киселинни дъждове, а върху здравето на човека при непосредствено вдишване. За

улавянето на мъглата от сярна киселина най-често се използват апарати-демистори

(к.п.д. 97-98%), скрубери, оросявани с вода и електрофилтри.

1.2. Основни недостатъци на производството на калцинирана сода са: голямото

количество отпадък от калциев дихлорид във вид на суспензия и сравнително ниския

(около75%) к.п.д. на използване на изходния натриев хлорид, който също остава в

суспензията. Тази суспензия намира ограничено приложение като течен топлоносител,

за производство на бързовтвърдяващ се цимент, луга срещу замръзване на пътища и

др. Тъй като тези количества са малки в сравнение с отделяните, а не могат да се

изпускат в повърхностни водни басейни, поради опасност от замърсяване, някои

производители са възприели депонирането на лугата в дълбоки подземни пластове.

Понякога се изпуска в площи, наречени “бяло море”.

1.3. Сода-каустик се произвежда чрез хлоралкална електролиза на разтвор на

натриев хлорид и чрез каустификация на содов разтвор. Електролизният метод се

провежда в два варианта: диафрагмен и живачен. Всеки от продуктите на

хлоралкалната електролиза – хлор, натриев хидроксид и водород, може да бъде опасен

за околната среда. С най-голямо значение от случайно изпуснатите емисии е

замърсяването с живак чрез продуктите и отпадъчните води от живачните вани.

Доказано е, че не само живачните йони, но и свободния метал могат да се превърнат

чрез естествени процеси в много по-отровни съединения, като метилживачни соли и

диметилживак. При използването на диафрагмени вани, продуктите излизащи от

ваните са замърсени главно с азбестови влакънца от диафрагмите.

При производството на сода-каустик чрез каустификация може да се каже, че

не се изпускат отпадни води, тъй като водите се използват в затворен цикъл.

1.4. При производството на амоняк въздействието на отпадъчните води върху

околната среда се изразява в термичното и натоварване чрез изхвърляне на големи

обеми охлаждащи води или на разредени амонячни води, които могат да съдържат и

органични вещества, идващи от кондензати. Топлинното натоварване на околната

среда може да се намали чрез задържане на водите в хвостохранилищата или

охлаждането им със сгъстен въздух. Извличането на амоняка от разредените отпадъчни

води може да стане с водна пара, макар да не е много икономично. По-рационално е

използването на тези води (със съдържание на амоняк между 400 и 2000 ppm) за

едновременно наторяване и напояване на посеви, когато това е възможно.

66

Допустимите концентрации на амоняк в битовите водоизточници е между 0,5 и 0,01

mg/l.

1.5. При производството на азотна киселина основното замърсяване на водите

може да стане косвено чрез киселинни дъждове. От инсталациите за производство на

азотна киселина се изпускат известни количества азотни оксиди (NOx), които с влагата

от въздуха образуват съответни киселини. Влиянието на нитрати и нитрити върху

екосистемите вече бе разгледано.

1.6. При производство на фосфор и фосфорна киселина по електротермичния

метод отпадъчните води от кондензатора на фосфор съдържат разтворен и колоиден

фосфор, разтворени флуоридни и комплексни флуоросиликатни йони. Ако

съдържанието на флуориди във водите е повишено това може да увреди живота на

растенията и на сладководните организми във водния басейн. Те представляват най-

сериозна опасност за живота на растенията. Те са опасни и за тревопасните и хищните

животни. Така, докато допустимият праг на замърсяване със серен диоксид за

растенията е около 0,1 ppm (100ppb), еквивалентната стойност на флуоридите е под

1ppb. В зависимост от климатичните условия е необходимо питейните води да

съдържат 0,7-1,0 mg/l флуор. При приемането на вода, съдържаща повече флуор,

хората боледуват от т.н. флуореза, която се изразява в разрушаване емайла на зъбите,

появата на жълти и кафяви петна, чупливост и изтриване на зъбите. При консумиране

на вода с по-ниско съдържание на флуор също се получава заболяване на зъбите.

Дори при ниски концентрации фосфорът е силна отрова, опасна за живите

организми. Съдържанието на фосфор в оборотните води се движи от 23ppm на входа и

0,3-0,5 ppm на изхода от резервоара за оборотни води. Това не е достатъчно за

безопасното изпускане на водите, тъй като дори концентрации от порядъка на ppb са

отровни за рибите. При тези концентрации фосфатните йони са относително

безвредни, така, че при аерация на отпадните води (бързо и ефикасно окисление на

фосфора) те ще станат безопасни. Най-добро пречистване на фосфорни води се постига

при добавяне на вар и химични коагуланти в съчетание с утаяване и/или

центрофугиране.

Производството на фосфорна киселина по екстракционния метод е свързано с

отделянето на големи количества фосфогипс. За сега той все още не се оползотворява в

задоволителна степен. Огромни количества от него се съхраняват в басейни и лагуни.

При близост на крайбрежие (особено в Европа) той се изхвърля направо в морето.

Оказва се, че при изхвърляне на 400-500 тона дневно на 90 метра навътре в морето той

67

се разсейва задоволително. Това се подпомага от изхвърлянето едновременно на около

500m3/h морска вода, използвана за охлаждане в технологичния процес.

2. Замърсяване на водите от металургични производства.

В предприятията на черната и цветната металургия водата се използва за

охлаждане, като транспортна среда, за промиване, за разтваряне на реагентите, за

обогатяване на суровините и др. Преработените води са замърсени със скални частици,

флотационни реагенти, йони на тежки и цветни метали. Някои от тези води нямат

специфично токсично действие, но други съдържат съединения на тежки метали, които

притежават силно токсично действие. Това предизвиква отравяне на водните

организми (риби и др.). Флотационните реагенти, които в много случаи са

пенообразуватели, създават неприятен мирис на водата.

2.1. При производството на алуминий отпадъчните води след мокрото

улавяне на запрашените газове са замърсени главно с флуориди. Тяхното влияние бе

разгледано по-горе.

2.2.Проблемите по опазването на околната среда при добива и обогатяването на

медни руди са свързани с натрупване на инертна скална маса и замърсяване на

естествените водоеми от дренажните води на рудниците. Процеждащата се вода от

такива хранилища, както и изтичащите от мините води съдържат следи от разтворена

мед, желязо и др. метали, и са обикновенно с ниско рН, предизвикано от действието на

бактериите върху сулфидните минерали.

2CuS + 3O2 + 2H2O бактерии 2Cu2+ + 2H2SO4

Такива отпадъчни води могат да се пречистят от мед чрез циментация, съчетана с

варуване, с цел да се намали токсичността им и да се оползотвори медта.

Друг поток от отпадъчни води в производството на мед е този на отпадъчните

води от пенната флотация. Използването им в затворен цикъл не може да се осъществи

изцяло (натрупване на флотореагенти). Следите от разтворени или суспендирани

метали в тези отпадъчни води трябва да се отстранят чрез варуване, за да не се

изхвърлят във водните басейни.

Молибденът се среща във водата като йон на молибденовата киселина. В

организма той подтиска действието на ферментите и намалява количеството на медта.

Допустимата концентрация в питейните води е 0,5 mg/l.

Арсенът в коцентрации, по-големи от 0,05mg/l се явява отровен микроелемент.

Той довежда до разстройство на нервната система, а при концентрация над 2,2 mg/l

предизвиква смърт.

68

Берилият е много разпространен в природата микроелемент, който се съдържа

в минералите и скалите, а от там преминава и във водите. Той оказва общо токсично

действие върху организма. Поразява дихателната, нервната и сърдечно-съдовата

система. Допустимото съдържание в питейните води е 0,0002mg/l.

Особено опасни за здравето на хората се явяват водите, съдържащи оловни

съединения. Оловните съединения се натрупват в рибите, стридите и раците,

обитаващи водните басейни като предизвикват физиологични изменения в тях. При

използването им за храна на хората са установени редица заболявания на централната

нервна система, в това число и детски паралич, раждане на слепи, глухи и

парализирани деца.Максимално допустимата концентрация на олово не трябва да

превишава 0,05 mg/l. При хора, приели повишени дози от олово с водата, се наблюдава

отпадналост, апатия, отслабване на паметта, зрението, физическа и психическа

деградация.

2.3. Основният разход на вода при коксуването (около42m3/t кокс) е за

индиректното охлаждане на летливите продукти, при което се образуват катран и др.

компоненти с практически интерес. Тази вода не е замърсена и се нуждае само от

охлаждане преди да се изпусне. Водните пари, отделени от въглищата при коксуването

също кондензират при охлаждане. Те съдържат амоняк, сулфиди, въглеводороди,

феноли и др. и трябва да се очистят от тях преди да се изхвърлят. Водите от

охлаждането на кокса съдържат фини частици кокс, малко цианиди, феноли и преди да

се изхвърлят трябва да се подложат на обезвреждане.

2.4. При доменните пещи водата се използва за индиректно охлаждане на

дюзите за подаването на въздух, както и на разширената част на пещта. Тези води е

необходимо само да се охладят. Вода се използва също за промиване на пещните

газове и за гранулиране на горещата шлака. Тези води са алкални. Преди изхвърлянето

им се налага утаяване в отстойници и подходящо химично обезвреждане.

2.5. В стоманодобивното производство вода се използва за охлаждане и за

промиване на отпадъчните газове от различни процеси. Тези води са с кисела реакция.

След утаяване на твърдите частици рН на водите може да се коригира чрез смесване с

потока води от доменното производство.

2.6. Във валцовото производство водата също се използва за охлаждане, но

директно. Заедно с водните парисе отделят малки частици желязо, железен оксид,

капки смазочно масло. Водите се събират в резервоар, където едновременно се отделят

69

твърдите частици и маслената фаза. При нужда преди изхвърлянето и тази вода може

да се подложи на следващо химично и/или биологично пречистване.

3. Замърсяване на водите от енергетиката и влиянието им върху

екосистемите.

Основната причина за термичното замърсяване на водите при съвременните

условия е изливането на затоплени отпадъчни води от промишлените предприятия и

преди всичко от термоелектрическите централи. Охлажданите турбоагрегати загряват

водата средно с 8-10 0С. Многобройните проучвания са показали, че близката до 300С

температура на водата влияе отрицателно върху по-голямата част от водните

организми, като спира растежа, храненето и размножаването им, а по-високата

причинява и загиването им. При температура 27-30 0С видовият състав на флората и

фауната във водоемите обеднява и продуктивността им спада. При някой видове се

забелязва забавяне в темпа на растеж и размножаване. Изключение правят само някои

топлолюбиви видове, които при тези условия придобиват висока плътност на

популациите и голяма биомаса (американски канален сом, тилапия, някои шаранови

риби). Повишаването на температурата на водата до 25-26 оС стимулира растежа и

размножаването при всички видове организми, с изключение на някои студенолюбиви

риби (налим, пъстърва). При масово развитие на водната растителност се поглъша

всичката свободна въглена киселина, а при недостиг от нея се разлагат бикарбонатите,

при което се нарушава калциево-въглеродното равновесие във водата и довежда до

пренасищането и с калциев карбонат. Освн това през лятото загрятата вода масово

цъфти, плитчините се покриват с растителност, подводните части на

хидротехническите съоръжения, канали и тръби обрастват. Натрупването на органични

вещества в загряваните зони и последващото им разлагане довежда освен до

повишаване на водната минерализация и до намаляване количеството на разтворения

кислород, чиято разтворимост и без това намалява с повишаване на температурата.

Възможно е през летния период при повишаване на температурите, да възникне

недостатъчно насищане на дълбочинните водни пластове с кислород и да се образуват

анаеробни зони. Тогава околодънните организми и преди всичко рибите загиват

масово. Страничен фактор на термичното замърсяване е засиленото токсично действие

на повечето вредни примеси във водата при повишаване на температурата.

70

Замърсяване на водите от някои органични химични производства

1. Замърсяване на водите от производството на хартия.

Отпадъците, получавани при подготовката на дървесината, не представляват

голям проблем. Водите, които достигат 14 m3/t, са относително чисти. Те съдържат

около10ppm суспендирани твърди вещества (трици) и около5mg/l БПК (биологично

разтворен коислород). Докато равнището на БПК се смята за незначително, за отделяне

на триците е необходимо утаяване. Отровните смолни киселини, които се отмиват от

граничната повърхност мехду кората и дънера на някои дървесни видове, се

обезвреждат, като се разреждат с други отпадъчни води.

1.1. Отпадъчни води при производството на механичен пулп. Основен

проблем е отпадъчната вода, оценявана на около 21 m3/t вестникарска хартия (за воден

транспорт, мокро смилане и за приготвяне на самата хартия). Характеристиките на

отпадъчните води при приготвяне на механичния пулп са: Ощи твърди вещества (ppm)

–1160; от тях: суспендирани твърди вещества – 600; разтворени твърди вещества – 560;

БПК – 250. Целта на контрола върху емисиите, особено когато се изхвърля ценна

дървесина с отпадъчните води, е да се извлекат нишките. Утаяването става в басейни

или сепаратори. След отстраняване на триците и извличането на влакната за

намаляване на БПК отпадъчните води се аерират в лагуни. По този начин за около 4

дни се постига намаляване на БПК с 40-75%, а за 7 дни –над 90%, като се използва

отношение площ/обем от 1,5m2/m3 отпадъчни води на ден.

1.2. Мерки за ограничаване замърсяването на водите при сулфатния метод

(крафт-процеса) за производство на хартия. Главните източници на замърсяване на

водите са: суспендирани твърди вещества (влакна, абразивни частици, частици вар от

каустификацията); рН-при химичната обработка-6-9, при избелването-9-11, в края –2-

3.;наличие на пяна-в края на избелването;токсични компоненти по време на

избелването. Топлинно натоварване се случва рядко.Разходите на вода са толкова

големи (75-115m3/t неизбелен и 150-208 m3/t избелен сулфатен пулп), че по-високата

температура лесно се понижава при смесване на потоците. Качеството на водите, което

може да се влоши от отпадъчните потоци на крафт производството, зависи от

произхода им: от наличието на високи концентрации на суспендирани или разтворени

твърди вещества, силно кисели или силно алкални води, както и води с висок БПК.

Други потоци, които могат да имат лошо влияние върху приемниците, са интензивно

оцветените, със склонност към пенообразуване или силно отровните за рибите. Трябва

71

да се има предвид, че с операциите по химично регенериране в сулфатния процес се

понижава замърсяването с 1000kg БПК и 300 kg неорганично разтворени вещества за

тон пулп, т.е. в достатъчно голяма степен. Освен това, при малки обеми силно

замърсени води разреждането чрез смесване в някои случаи може да доведе до

решаване на проблема. По-често се налага да се изгради пречиствателно съоръжение за

тези води. Водите от машините за хартия са чисти, ако към пулпа не се добавят

багрила, пълнители и др.

Отстраняването на суспендираните твърди вещества от потоците се провежда в

утаители, където те се отстраняват до 90-95%. Отклоненията на рН от нормалните

стойности могат да се коригират, като се смесват потоци с различни рН, доколкото

това е възможно. Окончателното коригиране може да стане чрез добавяне на реагенти

(сярна киселина или вар и натриев хидроксид). Намаляването на БПК е желателно

когато разходът достигне 3-4 kg кислород за тон пулп. При отпадъчните води от

сулфатния метод се достига до БПК 75-300 mgO2/l. Ускореното разграждане се

извършва ефективно като водите се пречистват биологично при изкуствена аерация в

лагуни и температури между 12-320С с добавяне на амониев фосфат, а рН се коригира

така,че да е в интервала 6,5-9. За този процес се препоръчва използването на кислород

вместо въздух.

Силно интензивният кафяв цвят, който се дължи на фенолите в лугата след

алкалната екстракция може да се премахне по различни методи. Добавянето на вар

силно намалява интензивността на цвета, тъй като се утаяват комплексни съединения,

но при това се получава смесена утайка от неорганични и органични съединения, която

е неподходяща за депониране, ако варта трябва да се използва отново. За обезцветяване

се използва и активен въглен, но регенерацията му е трудна и непълна. Възможно е да

се използва въглен, получен в процеса на производството на целулоза.

Токсичността на отпадъчните води може да се дължи на серни съединения,

които се съдържат в кондензата от изпусканите газове при първата степен на

многостъпалното изпаряване, както и на ненаситени мастни киселини с дълги вериги,

отделяни от компонентите на дървесината по време на крафт-процеса, или на

хлорирани феноли, полуавани във фазата на избелването. Отровните кондензати могат

да се обезвредят чрез продухване с въздух и следващо улавяне в черна луга или

изгаряне. Нормалният процес на биоразграждане обикновенно е достатъчен за

справяне с отровните вещества от дървесината, но хлорираните феноли са резистентни

спрямо този процес, ако той се провежда за кратко време. Пенообразуващите свойства

72

на потоците се използват за отделяне на тези токсични вещества чрез пяната. Ако се

добавя вар за обезцветяването се намалява и токсичността чрез адсорбция на вредните

примеси върху повърхността на утайката или върху активен въглен.

Пенообразуването може да се намали чрез добавяне на антипенители, но много

от тях са също токсични, което може да разстрои работата на биобасейна и да добави

нови отрови в отпадъчните води. Пяната може да се отдели механично и по този начин

да се обезвреди. В някои предприятия, работещи в условията на студен континентален

климат, слоят от пяна върху биобасейна е с дебелина от 0,5-1 m и може да послужи за

поддържане на температурата в него при зимни условия за запазване на биохимичната

и биологичната активност.

2. Замърсяване на водите при ферментационни процеси и тяхното

обезвреждане.

2.1. Отпадъчни води от пивоварството. Отпадъчните водни потоци имат

висок БПК и висока концентрация на неразтворени вещества. На 1000 l се получават 9

kg БПК, които се получават при: разливане на бира, води от миене на апаратурата,

почистващи разтвори, луги от прецеждане и пресоване, мътилка от неферментирала

бира, отработени дрожди и утайки след отстояване.. Самата бира има БРК от 50000 до

90000, а ХПК с 20-3% над тези стойности, така, че проблеми с пречистването на водите

възникват и ако се изпусне продуктът в канализацията.Най-сериозно натоварване с

БПК предизвикват изразходваните дрожди, изпусканата бира и събираните утайки, но

когато законодателството позволява чрез плащане на по-големи суми пивоварните

заводи изхвърлят тези замърсители в градската канализация. Глобите са необходими за

да се поемат разноските по обезвреждането на отпадъчните води, които са с много

високо БРК. Това става чрез смесване на отпадъчните води от пивоварната с други

отпадъчни води без да са пречиствани предварително.

Отпадъчните дрожди и зърна могат да се отделят от потока и да се продават

като добавки към фуражите. При този вариант се избягват високите стойности на БРК.

Някой пивовари използват пречиствателни станции с активна утайка за намаляване на

БРК и съдържанието на твърди вещества при изпускането на бирата или миенето на

съдовете. При добавянето на амоняк БРК се намалява с 95%, а твърдите неразтворими

вещества с 975%. Друга възможност за пречистване предлагат биореакторите с

ротиращи дискове. Колонните биореактори са с пълнеж от пластмаса, подобни на

филтри, работещи с рециклиране на лугите. За аерацията на смес от отпадъчни води от

пивоварството и битови води със съдържание на 1000 mg/l БПК и 400 mg/l

73

неразтворими вещества се използва чист кислород, при което замърсяването се

намалява с 95%.

2.2. Отпадъчни води от спиртопроизводството. Сред течните отпадъци,

получавани при производството на спиртни напитки голямо значение има

труднолетливият остатък (кубов остатък), който отпада от дъното на дестилационната

колона. Кубовият остатък се състои предимно от нишесте, декстрини и

неферментирали захари и 2-7% твърди вещества. Налице е значително азотно

съдържание, когато в дестилацията участват и утайките от дрожди. БПК е от 1500 до

5000 ppm в отсъствие на утайки и между 7000 и 50000 ppm, когато на дестилация се

подлагат и утайки от дрождите. Ако отпадъците от спиртоварните заводи се смесят с

битови отпадъчни води с по-нисък БРК обшият поток обикновено се пречиства по

известните методи, но изисква по-големи разходи за допълнителното обработване.

Нелетливият кубов отпадък е изпитван като субстрат за анаеробно обезвреждане, при

което бактериалните култури превръщат въглеродсъдържащите органични съединения

в метан.

Ако спиртоварната инсталация се намира в отдалечен район, остатъкът може да

се изхвърля в аерирани басейни или да се използва за напояване. Разлагането и

усвояването на тези отпадъци в почвата се улеснява с брануването и. Като алтернатива

на тези мерки се прилага обезвреждане на водите с ниско БПК (след отстраняване на

дрождите и едрите зърна) в биофилтри – самостоятелно или последвано от двукратно

аериране. При това се отстраняват до 90% от БПК.

Замърсяване на водите от нефтодобива, нефтените разливи и

нефтопреработването

1. Замърсяване на водите при добиването и транспортирането на нефт

Основните източници на замърсяване на водните обекти с нефт и с неговите

продукти са петролните полета, нефтопреработващите заводи, съоръженията за

десулфиране на природния газ, нефтохимичните предприятия, водния и жп транспорт,

петролните бази, помпените станции, както и отпадъчните води от гаражите,

74

работилниците и от другите производствени помещения. Отпадъчните води на тези

обекти трябва да се подлагат на основно пречистване.

Въздействието, което оказва нефтодобивът върху околната среда, се

определа до голяма степен от конкретния етап на общия процес. При изследвания

далеч от сушата – в сравнително плитките води на континенталния шелф или в

големите езера, може да стане разместване на подводните седименти. При пробни и

производствени сондажи главната опасност е от “изригване” на газ под високо

налягане или от неконтролирано изтичане на смазочен шлам, смесен с нефт, вода или

луга. Ако сондажът се извършва в открито море има опасност от сблъсък с плаващи

ледове. Опасностите от замърсяване на водните територии в сравнение с тези на

сушата са по-големи.

При получаването на нефт от битуминозни пясъци проблеми възникват при

екстракцията с гореща вода на битума от пясъка и глинестите частици, които

представляват 1 до 15 % от добивания суров материал. Отпадъчните води се събират в

големи хвостохранилища, достигащи 30 км2. При продължително отстояване на тези

води минералната фракция се утаява и водите се рециклират за нова екстракция. В

басейните постепенно се натрупват утайки, състоящи се от около 78% вода, 20%

минерални частици и 1-2% битум. Освен за екстракцията води са необходими за

предварителното обработване на шистите, за кондензиране на суровия и вторично

извлечения нефт и за работата на скруберите за пречистване на отпадъчните газове.

Използваните шисти съдържат малко хранителни вещества за растенията и много соли

и затова тяхното съхраняване не е безопасно, особено при недостатъчни количества

вода.

Основните производителни райони на нефт не съвпадат напълно с главните

потребителски райони, което налага транспортирането на добития нефт на големи

разстояния по море с танкери. Това е така, тъй като водният транспорт е най-евтин.

Половината от товарите по море са от нефт.

Само около 9% от замърсяванията на океаните с нефт се дължат на изтичания

при катастрофи на големи танкери. Количествата нефт, разливани годишно по този

начин, са между 100 хил. и 270 хил. тона. По-големи количества – 530-670 хил. тона

годишно изтичат в морето при нормалните операции на товарене и прехвърляне на

нефт. Прякото изпускане на промивните води от танкерите или на водите, използвани

като баласт при обратния път, е обичайна практика и основно допринася за

замърсяването на световния океан с нефт. Днес много танкери разполагат с

75

оборудване, с което се свързват с големи лагуни на брега, приемащи отпадъчните

баластни и промивни води. В тях се използват инсталации за отделяне на увлечения с

водата нефт, преди солената вода да се върне обратно в морето.

Най-доброто средство за събиране на изтеклия в морето нефт е изпомпването

доколкото това е възможно. При нефтени разливи на сушата той прониква дълбоко в

почвата, когато структурата и е нарушена. Ако нивото на подпочвените води е високо,

нефтът може да достигне до тях и да ги замърси.

Фиг. 12. Замърсено с нефт крайбрежие

2. Проблеми на нефтеното замърсяване .

При разливане на нефт в океана се наблюдават следните три фази в

еволюцията на замърсяването:

Първа фаза – разширяване на петролното петно както на площ, така и в

дълбочина. Фазата се характеризира с много висока смъртност на морската фауна,

включително и на птиците (те се умокрят с нефт при кацане и гмуркане).

Продължителнстта на тази фаза се оценава на два пъти времетраенето на изливането на

нефта.

Втора фаза – наличие на стабилно нефтено петно (покривка) в продължение

на няколко месеца до една година. През това време нефтопродуктите се изпаряват,

окисляват се, разтварят се във водата и се разграждат химично и биологично.

76

Трета фаза – Възвръщане към физикохимично и биологично равновесие.

Може да продължи десетина години. В края на този период характеристиките на

водата, фауната и флората стават идентични с началните.

Тежестта на екокатастрофата зависи от голям брой фактори, свързани с

качествата на петрола и местоположението на инцидента. Освен количеството на

въглеводородите важна е и продължителността на изтичане тъй като тя определя

времето на реакция (първата фаза).

Петролът е смес от линейни алкани с по-малко от 12 въглеродни атоми

(летливи вещества), от тежки линейни алкани с повече от 12 атома въглерод и от

ароматни съединения с 1, 2 или три ядра. Тези съставни части на нефта могат да се

намират в различни пропорции, т.е. петролът да въздейства по различен начин на

околната среда.

Мястото на разлива също играе важна роля, особено разстоянието до

бреговете. За предпочитане е петното да старее в морето възможно най-дълго време.

При тези условия нефтената покривка се раздвижва от вълните, докато, ако попадне на

брега, тя става неподвижна и се разгражда по-трудно. При по-висока температура на

водата естествените процеси на изпарението и биодеградацията на петрола протичат

по-активно, затова разливите в тропиците се заличават по-бързо, отколкото тези в

северните ширини.

Вълнението на морето също има значение тъй като при силно вълнение се

образува емулсия, която трудно се поддава на обработка.

От нефтопреработвателните заводи се изпускат води, замърсени с нефт,

сярна киселина,сулфати сяроводород, серни соли, разтворени газове, мастни киселини,

азотни съединения, смолисти вещества, олово, арсен и др. На повърхността на тези

води се образува флуоресцираща ципа, която пречи на проникването на кислорода.

Разтворените и емулсирани в природните води нефтени продукти правят водата

непригодна за използване. При съдържание на 0,05 mg/l нефтени продукти водата

загубва вкусовите си качества и придобива неприятен вкус и мирис на нефт. Особено

чувствителни към нефтопродуктите са рибите. За тях концентрацията от 0,5 mg/l е

смъртоносна. За да си представим опасността от нефтените замърсявания ттрябва да се

знае, че 1 тон нефт се разлива върху площ от 12 км2. Само благодарение на

микроорганизмите, които разлагат нефта океаните и моретата все още не са напълно

покрити с нефт. Особено неприятно е замърсяването с нефт на повърхността на

моретата за живущите в крайбрежните райони. Плаващият на повърхността на водата

77

нефт под влияние на слънчевото греене се изпарява и наситеният с нефтени пари

въздух оказва вредно влияние върху здравето на хората и животните. Разливането на

нефт причинява ежегодно смъртта на около 200 хил. плаващи птици, поради това, че

слепва тяхното оперение, намалява въздуха в него и те не могат да летят. Нефтът в по-

големи концентрации причинява загиване на планктона и бентоса.

3. Опазване на околната среда при нефтени разливи.

Разработени са различни методи за намаляване на риска за околната среда при

петролни разливи. Исторически първи са физичните средства от вида на плаващи

бариери (надувни или каучукови), които ограничават разпространението на петното.

Неудобството на тези методи е, че са приложими само при много тихо море.

По-надеждни са адсорбционните методи, които са два типа:

а) сорбция на въглеводородните молекули върху хидрофобната част на

нанесени върху пясък амини и диамини с дълги вериги. По този начин нефтената

покривка се премахва от повърхността и не може да достигне до крайбрежието.

Методът обаче причинява силни вреди на дъното, защото там не се извършва

фотоокисление и изпарение. Използваните амини също са токсични. Поради всичко

това този метод е забранен.

б) Вторият сорбционен метод, който се прилага и сега се състои във

фиксиране на нефта върху развиващ се килим или плоскост. За използването му е

необходимо тихо море.

Други методи се основават на разпръскването на нефтеното петно, при

което се постига увеличаване на контактната повърхност вода/нефт. По този начин се

интензифицират естествените пречиствателни процеси на биоразграждане,

фотоокисление и изпарение. За усилване на разпръскването се добавят подходящи

ПАВ, съдържащи карбонилни и хидроксилни групи.

Много перспективни са биологичните методи, които се базират на

биоразграждане на нефта. Известни са около200 вида бактерии и други примитивни

организми, които могат да се хранят с въглеводороди. От тях 70 вида живеят в

моретата.

Различават се два метода за употреба на такива бактерии. Първият се състои в

отглеждане на бактерийна култура, която се консервира и в случай на нужда се

разпръсква върху нефтеното петно. За съжаление няма универсални бактерии, така че

подобен метод не винаги е подходящ за дадени условия. Все пак продукти, действащи

на този принцип са комерсиализирани за измиване на петролни цистерни.

78

Вторият метод се състои в интензифициране размножаването на бактериите,

живеещи на мястото на катастрофата. При липса на ограничаващи фактори тези

бактерии могат да удвояват броя си на всеки тридесет минути. Най-необходими за

развитието на организмите са биогенните елементи азот и фосфор. За тази цел могат да

се използват торове,но те са ефикасни само при пречистване на замърсени плажове.

За употреба в морска среда са развити олефилни препарати, съдържащи

карбамид и др. торове. За носител се използва олеинова киселина (C18H34O2), която

бактериите също консумират.

Друга перспективна технология се основава на катализирано фотоокисление

на въглеводородите от молекулния кислород. По такъв начин се накъсват дългите

въглеродни вериги и се получават полярни съединения (съдържащи хидроксилни и

карбоксилни групи), които са разтворими във вода.

Катализатор на процеса е титанов диоксид, който поглъща светлина в

близката ултравиолетова област 300-400 nm.

Опазване на водите. Пречистване и обезвреждане

1. Опазване на водите и методи за намаляване на техния разход.

При съвременните технологични процеси голяма част от отпадъчните и вредни

за здравето на хората и животните вещества се извличат, изхвърлят и транспортират

чрез водата и речните течения, попадат във водоемите или моретата и океаните.

Всичко това съдейства за бързо и непрекъснато замърсяване на водите в тези обекти и

превръщането им в негодни за задоволяване на редица нужди на човека и обществото.

Водата, почвата и въздухът притежават свойството да се самопречистват. Но

тази способност за самопречистване има своите граници. Ето защо замърсяването с

отпадъчни вещества става опасно от момента, когато тяхната концентрация във водата,

почвата и въздуха стане по-голяма от способността за самопречистване, или за

замърсяване трябва да се говори тогава, когато са надвишени тези граници.

Проблемът за опазването на водите има многостранен, комплексен характер.

Този проблем не може да се разглежда откъснато от използването на водите и самото

79

опазване трябва да бъде насочено към тяхното продължително и ефективно

използване.

Опазването включва редица научно обосновани организационни, технически,

икономически, обществени и възпитателни мероприятия.

Организационните мероприятия се провеждат от държавните органи. Те се

изразяват в управление, законодателство, определяне на пределно допустимите норми

за замърсяване и категоризиране на реките, установяване на охранителни зони,

съгласуване на проекти за изграждане, разширение и реконструкция на

пречиствателните съоръжения, търсене на отговорност и прилагане на санкции към

нарушителите и др.

Към техническите мероприятия, предпазващи водоизточниците от

замърсяване с отпадъчни води, спадат пречистването на отпадъчни води, повторното

им използване, създаване на оборотни системи на водоснабдяване, нормиране на

водопотреблението и водоотвеждането, усъвършенстване на технологията на

производствените процеси, спазване на тенхологична дисциплина, намаляване или

прекратяване на постъпването на примеси в отпадъчните води, преминаване към

безводни технологични процеси и др.

Намаляването на относителното водопотребление е възможно само чрез

усъвършенстване на старите и въвеждане на нови технологии. Големият разход на вода

в редица предприятия се дължи на използването на водата при правотокова система

на водоснабдяване. При нея водата от водоизточника постъпва в производствения

процес за използване и оттам чрез пречиствателните съоръжения или направо се пуска

отново във водотока на извстно разстояние по-долу.

Най-ефективен начин за намаляване на количеството на замърсените

отпадъчни води в промишлените предприятия е въвеждането на оборотното

водоснабдяване. Тази система изключва изхвърлянето на отпадъчни води обратно във

водоемите и дава възможност за многократно използване на водите в производството.

Най-широко приложение този метод намира в цветната и черната металургия,

целулозно-хартиената и нефтохомическата промишленост. В някои промишлени

предприятия на западни страни се използват повторно след известно пречистване

битово-канални води, чиято стойност е ниска. В много страни (Япония, Мексико и др.)

са изградени пречиствателни станции, които осигуряват техническа вода за

промишлените предприятия.

80

Замяната на водното охлаждане в промишлените предприятия с въздушно и

изпарително охлаждане е също перспективен начин за икономия на значителни

количества вода. При изпарителното охлаждане охлаждащата вода се заменя с

кипяща вода, чиито коефициент на топлоотдаване е значително по-висок от този на

студената вода.. Всеки килограм изпаряваща се вода отнема при нормално атмосферно

налягане около 2700 kJ топлина срещу 84 kJ при обикновеното водно охлаждане. По

този начин се съкращава количеството на водата за охлаждане от 30 до 300 пъти, с

едновременното получаване на два пъти по-евтина пара, отколкото от парните котли.

Едно от най-перспективните напрвления за намаляване на замърсяването е

непрекъснатото усъвършенстване на технологията на производство и създаване на

такива технологии, които силно съкращават или напълно изключват изхвърлянето на

отпадъчни води. това може да се постигне чрез комплексна и пълна преработка на

суровините, извличането на ценни вещества от отпадъчните води, преминаване към

технологични процеси от течна в газова фаза, заменяне на водата като разтворител с

други вещества и др.

2. Методи за пречистване на отпадъчните води.

Създадени са редица начини и средства за пречистване на използваните в

промишлеността, селското стопанство и битовата дейност замърсени води, наречени

отпадъчни води. Тези води съдържат редица примеси от минерален и органичен

произход, като пясък, глина, сгурия, косми, микроорганизми, бактерии, разтвори на

различни химични елементи и съединения, основи, киселини, соли, колоидни разтвори,

газове и др. Пречистването на всички тези разнообразни по размер, тегло и химичен

състав примеси и разтвори става с редица механични, физикохимични, химични и

биологични методи.

2.1. Механично пречистване.

То се прилага като предварително пречистване преди извършване на другите

видове пречиствания и няма самостоятелен характер, но е много важно и необходимо

за нормалната работа на другите пречиствателни съоръжения. Чрез механичното

пречистване се отделят по-грубите плаващи и носени от речните течения вещества.

Съществуват разнообразни конструкции на съоръжения за механичното пречистване

на водата. Най-често това пречистване става чрез прецеждане на отпадъчните води

през решетки и сита. За задържане на минералните примеси се прилагат различни

конструкции пясъкоуловители – хоризонтални с праволинейно и кръгово движение на

81

водата, вертикални с движение на водата отдолу нагоре, съоръжения с винтообразно

движение на водата.

Отпадъчните води от маслодобивните заводи, месокомбинатите, кожарските

заводи, предприятията за първична обработка на вълна и др. съдържат различни

мазнини и масла. Те образуват на повърхността на водата тънък слой, който препятства

проникването на кислорода от въздуха във водата и по този начин затрудняват както

пречиствателните процеси, така и нормалната работа на пречиствателните съоръжения.

Освен това те са и ценна суровина за промишлеността. Затова при съдържание на

мазнини и масла във водата над 100 mg/l те се отстраняват с маслоуловители или

маслозадържатели. Много ефективен начин при механичното пречистване е утаяването

на примесите от минерален и органичен произход в съоръжения, наречени утаители.

2.2. Физикохимично пречистване.

Използва за ускоряване на пречистването. Такива процеси са: коагулация,

флокулация, сорбция, флотация, йонообмен и др.

При коагулацията и флокулацията става съединяване или слепване на

частиците с образуване на по-едри агрегати, които по-лесно се отстраняват чрез

механично пречистване на водата. В основата на коагулацията стои действието на

молекулните и електричните сили на привличане и отблъскване. Като коагуланти най-

често се използват соли на алуминий, желязо, манган, калций и др. На коагулация се

подлагат води от текстилната, кожарската, металообработващата, целулозно-

хартиената, химическата и др. промишлености. Коагулацията може да се

интензифицира с добавяне на флокуланти. Те представляват разтворими във водата

неорганични и синтетични органични вещества. Флокулантите се използват заедно с

минерални коагуланти.

Един от основните методи за пречистване на промишлени води, съдържащи

органични разтворени вещества е сорбцията. Тя се изразява в поглъщане на

разтворени или газообразни вещества от твърди или течни сорбенти. Като сорбенти се

използват различни естествени и изкуствени порести материали с голяма относителна

повърхност (активен въглен, раздробен кокс, торф, каолин, стърготини, пепел, активни

глини, смоли, шлаки, сгурия и др.). Използваните апарати се наричат адсорбери.

Водите, съдържащи ПАВ, нефт, нефтопродукти, масла, влакнести материали и

др. суспендирани и емулгирани вещества с относителна плътност по-малка от тази на

водата се пречистват успешно чрез флотация. Процеса се изразява в молекулното

прилепване на частиците към газовите мехурчета и изплуването на получената система

82

“частица-въздух” на повърхността на водата.. По този начин водата се избистря, а

замърсителите изплуват на повърхността във вид на пяна. За осъществяване на процеса

е необходимо пропускането на въздушни мехурчета през пречистваната вода. Процеса

се подпомага от използването на т.н. флотореагенти.

2.3. Химическо пречистване.

Отпадъчните води от химическата, нефтопреработвателната,

машиностроителната, металургичната и др. промишлености много често съдържат

разтворени киселини, основи, соли и др. химически вещества. Те се подлагат на

химическо пречистване. То включва най-често два основни процеса – неутрализация и

окисление.

Неутрализацията се прилага при води, съдържащи различни видове

киселини. Извършва се обикновено с варно мляко, но могат да се използват и всякакви

алкални реагенти, съдържащи сода каустик,калцинирана сода и др. Неутрализация

(взаимна) може да се извърши чрез смесване на кисели и алкални води или на кисели

води с битови отпадъчни води от градската канализация, които винаги имат алкален

характер. Тя може да се извърши и чрез пропускане на отпадъчни води през

неутрализиращи материали.

Окисляването се прилага за пречистване на води, когато е целесъобразно

замърсителите да се извличат и използват повторно. Такива са водите от оловно-

цинковите заводи, медодобивните обогатителни фабрики, галваничните цехове на

машиностроителните заводи и др. Като окислители се използват хлор и негови

съединения (хлорен диоксид, хипохлорид), кислород, озон. Използва се и

електрохимично окисляване на отпадъчните води

2.4. Биологично пречистване.

Прилага се като последна операция при пречистването на промишлени

отпадъчни води, съдържащи органични вещества и битови отпадни води. В основата на

биологичното пречистване лежи бологичното окисляване. То се извършва в изкуствено

създадени съоръжения – биобасейни, биофилтри и в естествени условия – в

напоителни и филтрационни полета.

Пречистването в биобасейните се основава на естествените процеси на

самопречистване , при което протичат редица физикохимични и биологични процеси.

В зависимост от характера на тези процеси биобасейните биват: анаеробни, аеробни и

аеробно-анаеробни.

83

Анаеробните процеси на разлагане се извършват с участието на анаеробни

организми в отсъствието на кислород. За създаване на необходимите условия

дълбочината на биобасейна трябва да е от 2,4 до 3,6 m. Тези басейни се използват за

пречистване на силно замърсени промишлени води. Много рядко се използват за

пречистване на битови отпадъчни води, тъй като от тях се отделят големи количества

газове с неприятна миризма.

За биологично пречистване на битови отпадъчни води се използват най-

често аеробно-анаеробни биологични басейни. При тях се извършва аеробно

окисляване на разтворените органични вещества и анаеробно гниене на утайките по

дъното. Необходимият кислород за аеробното окисляване в горния слой постъпва при

контакта на водата с въздуха. Понякога в тези басейни се отглеждат и микроводорасли,

които отделят кислород при фотосинтеза. Освен това те поглъщат въглеродният

диоксид, фосфати, амоняк, азот, които се получават при разлагането на органичните

вещества. Водораслите могат да се използват за храна на животните. На практика се

използват биобасени с изкуствено аериране, в които се извършва по-интензивно

пречистване на водите.

Биофилтрите са съоръжения, в които водата преминава през едрозърнести

материали. При работа на филтъра те се покриват с активна биологична ципа от

аеробни микроорганизми. Тя абсорбира органичните вещества от водата , след което се

извършва биологичното им окисляване (минерализация) от същите микроорганизми.

Като филтриращи материали се използват шлаки, въглища, кокс, чакъл и пластмасови

елементи.

При биобасейните пречистването на отпадъчните води се осъществява чрез

аериране в присъствие на активни утайки, в които се намират огромни количества

бактерии и низши организми. Сместа от отпадъчни води и активни утайки престоява в

биобасейна 2-20 часа при непрекъснато продухване с въздух. Така развиващите се

микроорганизми окисляват (минерализират) органичните вещества, намиращи се във

водата.

2.5. Пречистване при естествени условия.

Към тези начини се отнасят селскостопанските полета на напояване и

филтрационните полета. Основен фактор тук е пречиствателната способност на

почвата. В нея протичат сложни биохимични процеси. Те довеждат до разлагане на

органичните вещества, включително и тези донесени с отпадъчните води, и

превръщането им в прости минерални вещества и елементи ( въглероден диоксид, азот,

84

фосфор, калий). Установено е, че в напоителните полета разлагането на органичните

вещества става много по-пълно отколкото и в най-усъвършенстваните съоръжения за

изкуствено биологично пречистване. Органичните вещества от една страна подобряват

плодородието на почвата, а от друга съдействат за подобряване на нейната структура.

Почвата съдейства и за обеззаразяване на отпадъчните води. При филтрирането на тези

води през почвата много от патогенните организми, развиващи се в тях се адсорбират и

задържат в горния почвен слой. При така създадените неблагоприятни условия за

тяхното развитие (антагонизъм с почвените бактерии) те загиват.

2.6. Обеззаразяване на отпадни води (дезинфекция).

Целта е унищожаване на съдържащите се в отпадъчните води патогенни

микроорганизми и отстраняване на опасността от заразяване на водните обекти с тях.

Патогенните микроорганизми не могат да се отстранят напълно нито при утаяването,

нито при биологичното пречистване на отпадните води. При биологичното

пречистване се отстраняват около91-98% от болестотворните бактерии, поради което

пречистените отпадъчни води трябва да се обеззаразят преди да се изхвърлят във

водоемите.

Обеззаразяването на отпадъчните води се извършва по различни начини:

хлориране, облъчване с ултравиолетови лъчи, електролиза, озониране, ултразвук. Най-

разпространено е хлорирането с воден разтвор на газообразен хлор или с хлорна вар.

Взаимодействието на газообразния хлор с водата протича по реакцията:

Cl2 + H2O HCl + HOCl

Хипохлористата киселина е неустойчива и на свой ред се разпада:

HOCl HCl + O

Освободеният кислороден атом окислява веществата, които влизат в състава

на клетъчната цитоплазма на бактериите, вследствие на което те загиват. По същият

начин хлорът въздейства непсредствено върху бактериите. Най-чувствителни към него

са бацилите на коремния тиф, дизентерията и холерата.

При дезинфекциране на отпадъчните води с хлорна вар протича реакцията:

2CaCl2O + 2H2O Ca(OH)2 + 2HOCl + CaCl2,

т.е. този процес протича по същия начин, както и при дезинфекцирането с

газообразен хлор.

85

Фиг. 13. Общ изглед на пречиствателна станция

3. Категоризиране на методите за обработка на отпадъчните води.

За удобство методите за пречистване на битови канализационни води се

разделят на три категории, според степента на обработка и вида на използваните

процеси.

Първичната преработка на отпадъчните води включва комбинация от един

или повече главно механични процеси, с които се цели главно отстраняване на

механичните примеси.

Вторичната обработка използва главно биологичните методи за

отстраняването и разграждането на замърсителите и осигурява значително

подобряване на качеството на водите. Тя включва биологично пречистване, коагулация

и утаяване.

Третичната обработка включва един или повече биологични, химични или

физични процеси на отделяне, целящи окончателно подобряване качеството на

пречистените води.

86

Литература

1. Балушев Б., Химия на водата, С., 1987 2. Близнаков, Г., Ив. Митов. Въведение в химическите проблеми на околната среда

и в екологичното право, стандартизация и мониторинг, Ак. Изд-во „М. Дринов”, С., 2001

3. Бондаренко В., Охрана природы и природных ресурсов, Лвов, Вища школа, 1985.

4. Василев Г., Химия и опазване на околната среда, С.,Ун. изд-во “Св.Кл. Охридски”, 2001.

5. Вачков, К., Химия и опазване на околната среда. „Университетска поредица”. 2001.

6. Игнатова, Н., Опазване чистотата на водите. „Земиздат”, 1992. 7. Митрюшкин К. и др., Справочник по опазване на природата, С., Земиздат, 1984. 8. Новиков Ю., Охрана окружающей среды, М., Вышая школа, 1987. 9. Оуен, О., Опазване на природните ресурси, “Земиздат”, 1992. 10. Стойчев К., Водните ресурси на Земята, С., Народна просвета, 1986. 11. Тишков, Х., Д. Владев, Обща климатология и хидрология. “ПИК България” АД,

2004. 12. Узунов, Й., С. Ковачев, Хидробиология, С., Пенсофт, 2009. 13. Хайнц А., Г. Райнхарт, Химия и околна среда, Ун. изд-во “Св.Кл. Охридски”,

2000. 14. Хокинг М., Съвременни химични технологии и контрол на емисиите, С., Ун.

изд-во. “Св. Кл. Охридски”, 2002 15. Цачев, Ц., Пречистване на отпадъчни води, ч. I и II, изд. „Мергилен”, 1991. 16. Чипев, Н., Д. Бъчварова, А.Дойчинов, Обща екология. ШУ”Еп. К.Преславски,”

2013. 17. Рамкова Директива за водите 2000/60/ЕС. 18. Рамкова Директива за морската стратегия (Директива 2008/56/ЕО) 19. Закон за водите. 20. Нормативна уредба по опазване на околната среда, Т. Илиев 21. bg.wikipedia.org 22. eea.government.bg/bg/soer/2011/water/water2 23. http://ga.water.usgs.gov/edu/watercycle.html

87

© Радослав Иванов© Замърсяване на водите и въздействие върху екосистемите. Лекционен курс

Българска

І издание

печат: “Химера” ООД - ШуменИздателство: “Химера” ООД,тел.: 054/ 830 585www.himeraltd.com

Формат 1/16 от 64/90. Обем 5.375 п. к.

Дадена за печат: февруари 2015 г.Излязла от печат: февруари 2015 г.