Problem zaopatrzenia w wodę (z diagramem)

Dostawa wody pitnej:

Głównymi źródłami zaopatrzenia w wodę pitną w miastach są rzeki, jeziora i strumienie. Woda z takich źródeł jest oczyszczana, wolna od zanieczyszczeń i wolna od drobnoustrojów, zanim zostanie dostarczona do picia i innych celów domowych.

Aby oczyścić wodę surową i usunąć zanieczyszczenia, należy postępować zgodnie z następującymi trzema krokami:

(i) Sedymentacja

(ii) Filtracja

(iii) Chlorowanie

(i) Sedymentacja:

W procesie tym, ałun, siarczan glinu lub siarczan żelaza są mieszane z wodą surową pobieraną z jezior lub rzek do mieszalnika, który tworzy galaretowate kłaczki z rozpuszczonymi i zawieszonymi substancjami. Woda zmieszana z flokulantami może przepływać do zbiornika flokulacji, gdzie kłaczki wraz z zawieszonymi cząstkami gleby, innymi nieistniejącymi materiałami i drobnoustrojami osiadają na dnie.

(ii) Filtracja:

Po wytrąceniu kłaczków czysta woda może przepływać przez specjalne rodzaje filtrów, aby usunąć z niej mikroorganizmy. W tym celu woda może przenikać przez kilka naprzemiennych nakładanych warstw piasku i żwirów.

(iii) Chlorowanie:

Woda po przemianie poddawana jest obróbce chlorem. W procesie tym gazowy chlor przepuszczany jest przez wodę, która będąc silnym utleniaczem powoduje szybką degradację substancji organicznych, a jednocześnie zabija pozostałe bakterie. Tak uzyskana woda jest następnie dostarczana do publicznej wiadomości w celu picia i innych celów domowych.

Odprowadzenie ścieków:

Oczyszczanie ścieków ma na celu przede wszystkim usuwanie stałych odpadów i ich degradację oraz przekształcanie w proste substancje nieorganiczne poprzez działania mikrobiologiczne.

Do usuwania ścieków stosuje się następujące metody:

1. Moczenie w dołkach

2. Szambo

3. Komunalne oczyszczalnie ścieków.

1. Moczenie wgłębne:

W procesie tym zastosowano duży, perforowany zbiornik podziemny z betonu i cementu (ryc. 13.6). Ścieki są odprowadzane do zbiornika przez rurę. Woda ściekowa ze zbiornika wychodzi przez otwory i przenika do gleby. Stałe odpady są rozkładane przez mikroorganizmy wewnątrz zbiornika.

2. Szambo:

W tej metodzie ścieki z domu są odprowadzane do podziemnych szamba poprzez rury. Stała frakcja ścieków osiada na dnie zbiornika gnilnego, a frakcja wypływa do rur dystrybucyjnych zamontowanych w górnej części zbiornika i ostatecznie spływa do pola (rys. 13.7). Stała frakcja ścieków zebranych na dnie jest szybko rozkładana przez drobnoustroje.

3. Miejskie oczyszczalnie ścieków:

Oczyszczanie i odprowadzanie ścieków w dużych miastach obejmuje następujące trzy etapy:

(i) Pierwotne leczenie:

Do pierwotnego oczyszczania ścieki są transportowane do dużych otwartych zbiorników przez rury. Stała frakcja ścieków osiada na dnie zbiorników, która jest spuszczana przez system rur do zbiornika tlenowej komory fermentacyjnej i ulega rozkładowi. Wodną frakcję ścieków z pierwotnych osadników odprowadza się do wtórnego osadnika i miesza z siarczanem glinu lub siarczanem żelaza, który tworzy galaretowate kłaczki. Kłębówki wraz z drobnoustrojami i zawieszonymi cząstkami stałe osadzają się na dnie zbiornika w postaci szlamu, który następnie jest spuszczany przez rury do zbiorników z tlenowym fermentatorem. (Ryc. 13.8).

(ii) Leczenie wtórne:

Wodna frakcja ścieków, która zawiera bakterie i inne drobnoustroje, a także rozpuszczone odpady organiczne, gromadzona jest w osadnikach wtórnych, a strumień powietrza pod ciśnieniem przepuszczany jest przez frakcję w celu wspomagania rozkładu drobnoustrojów rozpuszczonych odpadów organicznych. Po pewnym czasie frakcja przechodzi przez filtry piaskowe w celu usunięcia drobnoustrojów. Dopuszcza się zatem przepływ czystej wody do rzek i oceanów

Stałe odpady i szlam przenoszone do zbiornika fermentacyjnego są atakowane i rozkładane przez bakterie tlenowe. Rozkład odpadów powoduje powstawanie NH3, metanu, gazów siarkowodoru, które są zbierane do różnych celów przemysłowych.

(iii) Leczenie trzeciorzędowe:

Miasta, w których występuje ostry niedobór wody, czysta woda uzyskana po wtórnym oczyszczaniu jest poddawana chlorowaniu i po odpowiednich testach, które są zapasami do celów domowych. Według szacunków Centralnej Komisji Kontroli Zanieczyszczeń, całkowita produkcja ścieków z obszarów miejskich w Indiach wynosiła około 30 000 miliardów litrów dziennie w 1997 r., A obecna całkowita oczyszczalnia ścieków nie jest wystarczająca dla 10% całkowitej ilości wytwarzanych ścieków.

Mimo że obiekty drenażowe i kanalizacyjne zwiększyły się obecnie na obszarach miejskich, istniejące urządzenia nie są wystarczające do odprowadzania całkowitej ilości ścieków. Programy oczyszczania ścieków nie są w pełni skuteczne z powodu złej konserwacji, niewłaściwych projektów oczyszczalni ścieków oraz podejścia nietechnicznego i niewykwalifikowanego. Plan oczyszczania ścieków w ramach Planu Działania Ganga w latach 1980-1990 całkowicie zawiodł z wyżej wymienionych powodów. Z powodu złych urządzeń do oczyszczania ścieków i ścieków większość zanieczyszczeń trafia do wód gruntowych, rzek i innych zbiorników wodnych.

W niektórych rejonach Indii mieszkańcy nadal są uzależnieni od wody pitnej w naturalnych zbiornikach wodnych i napotykają wiele problemów opisanych poniżej:

1. Woda pitna jest obciążona zanieczyszczeniami.

2. Woda zawiera patogeny cholery, dur brzuszny i wiele chorób skóry.

3. W niektórych miejscowościach woda jest bardzo bogata w sól i zawiera fluorki lub inne toksyczne pierwiastki.

Również w niektórych obszarach miejskich duży problem stanowi dostawa czystej wody pitnej. Według szacunków Banku Światowego (1998) około 60 procent zgonów na terenach miejskich było spowodowanych chorobami związanymi z wodą, takimi jak cholera, czerwonka, zapalenie żołądka i jelit, zapalenie wątroby itp.

Eutrofizacja:

Coraz większa presja człowieka na zbiorniki wodne ze względu na wzrost demograficzny, nowoczesną technologię i rolnictwo spowodowały szereg problemów związanych z zanieczyszczeniem wody. Jednym z najcięższych i najczęstszych problemów jest wzbogacanie wód przez składniki pokarmowe roślin, które prowadzą do biologicznego wzrostu i czynią wodę niezdatną do różnych zastosowań.

Dodatkowe składniki odżywcze w postaci związków azotu i fosforu z nawozów, ścieków, detergentów i odpadów zwierzęcych zwiększają tempo wzrostu roślin wodnych i glonów. Nadmierny wzrost glonów i innych roślin wodnych spowodowany dodatkiem składników odżywczych nazywany jest eutrofizacją. Powoduje to wysoką produktywność biologiczną w niektórych roślinach wodnych, która przejawia się w postaci kwiatów.

Powoduje to niedobór wody w wodzie z powodu degradacji materii organicznej w częściach wód, co niekorzystnie wpływa na inne organizmy. Glony i większe rośliny wodne mogą przeszkadzać w korzystaniu z wody poprzez zatykanie rur doprowadzających wodę, zmieniając smak i zapach wody i powodując gromadzenie się materii organicznej na dnie. Gdy ta materia organiczna rozpada się, poziom tlenu zmniejsza się; ostatecznie ryby i niektóre inne gatunki wodne mogą umrzeć.

Weber (1907) badając torfowiska północnoniemieckie zauważył, że wyższe warstwy zawierają więcej składników odżywczych w górnej warstwie jeziora w porównaniu z niższymi. Użył określenia eutroficzny (bogaty w składniki odżywcze) i oligotroficzny (ubogi w składniki odżywcze), aby odróżnić te dwie warstwy. Użycie tych terminów w limnologii zostało dokonane po raz pierwszy przez Naumanna (1919).

Zgodnie z dzisiejszą koncepcją eutrofizacji:

(i) Wzbogacenie wody w składniki odżywcze roślin zwiększa wzrost fitoplanktonu, ale nie powinno być traktowane jako jedyne kryterium eutrofizacji, ponieważ inne warunki, takie jak światło, temperatura i inne czynniki wzrostu, mogą również ograniczać wzrost.

(ii) Trofeum wody (szybkość dostarczania materii organicznej na jednostkę powierzchni w jednostce czasu) nie może być zrównane z poziomem składników odżywczych i nie może być określone przez gęstość glonów i biomasę, ponieważ obejmuje również produkcję (Findenegg, 1955).

(iii) Najbardziej wiarygodnym kryterium eutrofizacji jest wzrost produktywności fitoplanktonu.

(iv) Sugeruje się również, że termin eutrofizacja powinna być stosowana tylko do produkcji autotroficznej, natomiast w przypadku jezior alotropowych, gdzie głównym źródłem materii organicznej jest za pomocą innych środków, należy stosować określenie "jeziora dystroficzne".

Proces eutrofizacji:

Eutrofizacja jest zjawiskiem naturalnym, które ulega przyspieszeniu przez zwiększenie podaży składników odżywczych poprzez działalność człowieka. Chociaż proces eutrofizacji następuje zaraz po utworzeniu jezior, ale tempo wnikania substancji odżywczych za pomocą naturalnych metod jest dość powolne (tj. Naturalna eutrofizacja).

Kiedy jeziora pochodzą, są w stanie oligotroficznym i mają tylko ograniczoną i niewystarczającą ilość składników odżywczych, aby wytworzyć znaczący wzrost glonów. Jedynymi źródłami substancji odżywczych są naturalny spływ, opad suszonych części roślin z otaczającej roślinności, opady i rozkład produkcji biologicznej po śmierci. Proces eutrofizacji rozpoczyna się, gdy substancje odżywcze z zewnątrz zaczynają wchodzić do jeziora. Kiedy algi giną i rozkładają się, składniki odżywcze zamknięte w ich ciałach stają się dostępne dla świeżego wzrostu glonów.

Podczas każdego cyklu substancje odżywcze są stopniowo zwiększane w jeziorach, a po pewnym czasie obieg składników odżywczych nie utrzymuje równowagi między dodawaniem i rozkładem, w wyniku czego coraz większa ilość materii organicznej w jeziorze ostatecznie gromadzi się na dnie.

Prowadzi to do powstawania bagien, torfowisk i bagien, a na końcu znika woda. Dlatego proces eutrofizacji nazywany jest starzeniem jezior. Jest zatem oczywiste, że wraz z postępem eutrofizacji do organizmu wody dodaje się coraz więcej substancji odżywczych, a ostatecznie cykl składników odżywczych nie jest w stanie utrzymać równowagi między dodawaniem i rozkładem.

Szybkość eutrofizacji zależy od tempa dostarczania składników odżywczych, a także od innych czynników, takich jak klimat itp. Ogólnie szybkość eutrofizacji jest wysoka w gorącym klimacie, co sprzyja wykorzystaniu składników odżywczych i wzrostowi glonów w porównaniu z tempem w klimacie zimnym i umiarkowanym . Stopień kationu eutrofizacji zwalnia z czasem ze względu na zmniejszoną penetrację światła, podobnie jak zwiększone zmętnienie soli i wynikający z tego spadek produkcji pierwotnej.

Skutki eutrofizacji:

Kiedy następuje odejście od równowagi między fotosyntezą (P) a oddychaniem (R), oznacza zanieczyszczenie. W stanie równowagi (P = R) nie ma zmian składu chemicznego i biologicznego wody; stan znaleziony w niezanieczyszczonej wodzie, bez dopływu składników odżywczych z zewnątrz. Kiedy fotosynteza przekracza aktywność oddechową, wskazuje na eutrofizację zbiorników wodnych. Charakteryzuje się postępującym wzrostem glonów, prowadzącym do organicznego przeciążenia.

W głębokich jeziorach wytężona produkcja na powierzchni jezior (P >> R) jest równoważona przez warunki saprofityczne na dnie (R >> P), gdy oddychanie przekracza fotosyntezę, rozpuszczony O ₂ zostaje wyczerpany, wymuszając redukcję kilku utlenionych chemikaliów, takich jak NO ₃ ^-, SO ₄ ^-2 i CO ₂ do N ₂, NH ₄ ⁺, H2S i CH _4, które powodują nieprzyjemny zapach i są szkodliwe dla kilku gatunków wodnych. Poole i in. (1978) zgłosił 11 mg na litr jako śmiertelne stężenie 50% (LC 50) dla H2S dla niektórych organizmów wodnych.

Eutrofizacja wywołuje wiele fizycznych i chemicznych zmian w wodach, które powodują zmiany w florze i faunie. Wiele pożądanych gatunków, w tym ryby, zostaje zastąpionych niepożądanymi. Następuje glonowa sukcesja i dominują niebieskozielone algi, wiele z nich, takich jak Microcystis, Anabaena, Oscillatoria produkują kwiaty. Glony takie jak Chlorella, Scenedesmus mogą również tworzyć kwiaty. Spirogyra, Cladophora, Zygnema i wiele innych nitkowatych zielonych glonów może tworzyć pływającą matę na powierzchni wód. Te glonowe kwiaty i gruba mata zmniejszają intensywność światła pod powierzchnią.

Eutrofizacja prowadzi do zmiany charakterystyk osadów dennych. Akumulacja materii organicznej wpływa na społeczność bentosu. Kwiaty glonów wpływają na wartość rekreacyjną zbiorników wodnych. Śmierć i rozkład glonów powodują nieprzyjemne zapachy i smaki w wodzie. Szumowiny alg sprawdzają przenikanie tlenu do wody i mogą zabijać ryby i inne organizmy. W początkowym stadium wzrostu glonów wytwarzana jest wystarczająca ilość tlenu, ale gdy kwiaty glonów giną, woda staje się niewystarczająca w O2, ponieważ produkcja tlenu jest zmniejszona, a zużycie zwiększa się z powodu rozkładu martwych glonów przez bakterie tlenowe. Spadek poziomu rozpuszczonego O ₂ w wodzie może być przyczyną śmiertelności ryb i innych organizmów wodnych.

Zakwity glonów powodują odbarwienie wody. Ogólne skutki eutrofizacji sprawiają, że woda nie nadaje się do spożycia przez ludzi i do innych celów. Poza tym koszt leczenia wody jest zawyżony.

Jakość wody:

Oceny jakości wody dokonuje się za pomocą kilku parametrów, takich jak alkaliczność, rozpuszczony tlen. Biochemiczne zapotrzebowanie na tlen (5 dni), liczba bakterii z grupy coli, kolor, twardość, zapach, pH, zasolenie, temperatura, całkowita zawartość substancji stałych, mętność, chlorki soli, fluonty, azotany, fosforany i siarczany, obecność pierwiastków śladowych, takich jak Al, As, Ba, Cd, Cr, Fe, Pb, Mn, Hg, Se Ag Sn Zn i B, pestycydy i radioaktywność. Wśród tych atrybutów ilość rozpuszczonego tlenu, biochemiczne zapotrzebowanie na tlen i ogólna liczba bakterii coli są dobrymi wskaźnikami jakości wody.

Zostały one krótko omówione tutaj:

Rozpuszczony tlen:

Jest miarą zdolności wody do utrzymania dobrze zrównoważonego życia wodnego. Wystarczająca ilość rozpuszczonego tlenu w ciele wodnym powoduje szybką degradację mikrobiologiczną odpadów organicznych. Biochemiczne utlenianie amoniaku do azotanu w naturalnej wodzie wymaga rozpuszczonego tlenu. Niedostateczna ilość rozpuszczonego tlenu w wodzie niekorzystnie wpływa na rozkład drobnoustrojów, a zamiast C02 uwalniany jest metan, aromatyczne aminy powstają z azotu zamiast NO ₃ i NH _3, a woń śmierdzącego gazu H2S powstaje z siarki zamiast z SO2.

Biologiczne lub biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BOD):

Najczęstszym wskaźnikiem zanieczyszczenia wody jest biochemiczne zapotrzebowanie na tlen (BOD), które odnosi się do ilości tlenu wymaganej przez bakterie do rozkładu odpadów organicznych tlenowo do CO ₂ i wody. Test BZT normalnie mierzy ilość tlenu zużytą w pierwszych pięciu dniach tlenowego rozkładu drobnoustrojów w określonej objętości odcieku w temperaturze 20 ° C. Nazywa się to również BOD ₅ .

Zatem 100 ppm BOD oznacza 100 mg tlenu zużytego przez litr badanej próbki przez 5 dni w 20 ° C. Ścieki domowe mają na ogół BZT5 około 200 miligramów tlenu na litr, a dla odpadów przemysłowych BOD może wynosić około tysiąca mg na litr. BZT 0, 17 funta lub 77 gm jest również nazywany równoważnikiem populacji, z grubsza równym wymaganiom dla odpadów domowych o stężeniu jednego procenta.

Wydajność oczyszczalni ścieków mierzy się na ogół w przeliczeniu na liczbę mieszkańców na dobę. Zanieczyszczenie wody przez ścieki jest główną przyczyną chorób przenoszonych przez wodę, np. Cholery, duru brzusznego, gorączki paratyfuzowej, czerwonki i zakaźnego zapalenia wątroby.

Całkowita liczba bakterii z grupy coli się liczy. BOD daje przybliżoną miarę jakości wody. Nie wskazuje dokładnie ryzyka choroby. W tym celu wymagane są bardziej szczegółowe parametry. Jednym z najczęstszych parametrów jest liczba bakterii jelitowych typu coli, w szczególności Escherichia coli w kale na jednostkę objętości wody. Chociaż bakterie z grupy coli są nieszkodliwe, ich obecność w dużych ilościach wskazuje, że w próbce mogą znajdować się chorobotwórcze zarazki.

Jakość wody w rzekach monitorowana jest na 480 stacjach w ramach różnych programów, takich jak MINARS (monitorowanie indyjskich krajowych zasobów wodnych), GEMS (globalne systemy monitorowania środowiska) i GAP (plan działania Ganga). Liczba stacji w ramach programów MINARS zapoczątkowanych w 1979 r. Stopniowo wzrastała, a obecnie liczba stacji wynosi 260.

W programie rozważa się szereg parametrów fizycznych, chemicznych, biologicznych i bakteriologicznych w celu określenia jakości wody, ale ważnymi są: DO, BOD i TC (całkowita liczba bakterii coli).

Różne kategorie wody w odpowiedzi na jakość i ich odpowiednie zastosowania są następujące:

Klasa A - Źródło wody pitnej bez konwencjonalnych bakterii w wodzie.

Tlen rozpuszczony więcej niż 5 mg / litr, TC mniej niż 50/100 ml.

Klasa B- Woda do kąpieli, pływania i rekreacji, DO> 4 mg / litr i TC <500/100 ml.

Klasa C - Źródło wody pitnej po konwencjonalnym oczyszczaniu.

Klasa D- Woda dla dzikiej przyrody, łowisk itp. DO> 4 i TC <500/100 ml.

Klasa E- Woda do nawadniania, chłodzenia przemysłowego, bez połowów, pływania lub picia. D O.> 3 mg / oponę.