Загрязнение сточных вод - пути решения проблемы. Дефицит пресной воды: проблемы и способы решения
На свои нужды человечество использует главным образом пресные воды. Их объём составляет чуть больше 2% гидросферы, причём распределение водных ресурсов по земному шару крайне неравномерно. В Европе и Азии, где проживает 70% населения мира, сосредоточено лишь 39% речных вод. Общее же потребление речных вод возрастает из года в год во всех районах мира. Известно, например, что с начала нынешнего века потребление пресных вод возросло в 6 раз, а в ближайшие несколько десятилетий возрастёт еще, по меньшей мере, в 1,5 раза.
Недостаток воды усугубляется ухудшением её качества. Используемые в промышленности, сельском хозяйстве и в быту воды поступают обратно в водоёмы в виде плохо очищенных или вообще неочищенных стоков.
Таким образом, загрязнение гидросферы происходит, прежде всего, в результате сброса в реки, озера и моря промышленных, сельскохозяйственных и бытовых сточных вод. Согласно расчетам ученых, в конце ХХ века для разбавления этих самых сточных вод может потребоваться 25 тыс. кубических км. пресной воды, или практически все реально доступные ресурсы такого стока! Нетрудно догадаться, что именно в этом, а не в росте непосредственного водозабора – главная причина обострения проблемы пресной воды.
В настоящее время к числу сильно загрязненных относятся многие реки – Рейн, Дунай, Сена, Огайо, Волга, Днепр, Днестр и др. Растет загрязнение мирового океана. Причем здесь существенную роль играет не только загрязнение стоками, но и попадание в воды морей и океанов большого количества нефтепродуктов. В целом, наиболее загрязнены внутренние моря – Средиземное, Северное, Балтийское, Внутреннее Японское, Яванское, а также Бискайский, Персидский и Мексиканский заливы.
Кроме того, человек осуществляет преобразование вод гидросферы путем строительства гидротехнических сооружений, в частности водохранилищ. Крупные водохранилища и каналы оказывают серьезное отрицательное воздействие на окружающую среду: изменяют режим грунтовых вод в прибрежной полосе, влияют на почвы и растительные сообщества, в конце концов, их акватории занимают большие участки плодородных земель.
Наиболее важными антропогенными процессами загрязнения воды являются стоки с промьшленно-урбанизированных и сельскохозяйственных территорий, выпадение с атмосферными осадками продуктов антропогенной деятельности. Эта процессы загрязняют не только поверхностные воды (бессточные водоемы и внутренние моря, водотоки), но и подземную гидросферу (артезианские бассейны, гидрогеологические массивы), Мировой океан (в особенности акватории и шельфы). На континентах наибольшему воздействию подвергаются верхние водоносные горизонты (грунтовые и напорные), которые используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Аварии нефтеналивных танкеров, нефтепроводов могут быть существенным фактором резкого ухудшения экологической обстановки на морских побережьях и акваториях, во внутриконтинентальных водных системах. Отмечается тенденция увеличения этих аварий в последнее десятилетие.
Набор веществ, загрязняющих воду, очень широкий, а формы их нахождения разнообразны. Главные загрязнители, связанные с природными и антропогенными процессами загрязнения водной среды, во многом сходны. Отличие заключается в том, что в результате антропогенной деятельности в воду могут поступать значительные количества таких чрезвычайно опасных веществ, как пестициды, искусственные радионуклиды. Кроме того, искусственное происхождение имеют многие патогенные и болезнетворные вирусы, грибки, бактерии.
На сельскохозяйственных территориях с высокой агронагрузкой выявлено заметное увеличение в поверхностных водах соединений фосфора. Отмечается также возрастание в поверхностных и грунтовых водах устойчивых пестицидов.
Дураханова Суна Джалаловна
Целями нашего мини исследования являются:
Анализ состояния водных обектов в окрестностях нашего села;
Выявление причин нерационального использования воды;
Возможные пути исправления ситуации.
Скачать:
Предварительный просмотр:
ВСЕМИРНЫЙ ДЕНЬ ВОДЫ
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА
ЗАГРЯЗНЕНИЕ СТОЧНЫХ ВОД:
ПУТИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
Выполнила: Дураханова Суна Джалаловна,
ученица 9 а класса Микрахской СОШ
Докузпаринского района РД
Руководитель: Раджабов Руслан Раджабович,
учитель биологии Микрахской СОШ
2012 год
КРАТКАЯ АННОТАЦИЯ
Бесполезно говорить о ценности и значении воды для всего живого на Земле, все это знают. Но, даже понимая все важность роли воды в жизни, люди все равно продолжают жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами. Кроме того, для многих живых существ вода служит и средой обитания. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Рост населения, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы использования воды. Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.
ЦЕЛИ
Целями нашего мини - исследования являются:
- анализ состояния водных объектов в окрестностях нашего села;
- выявление причин нерационального использования воды;
- возможные пути исправления ситуации.
1. УВЕЛИЧЕНИЕ ТЕМПОВ ПОТРЕБЛЕНИЯ ВОДЫ
По нашим подсчетам, примерно 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве. Значительное количество воды расходуется на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.
Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Но в горных и предгорных районах, к которым относиться и наш район, эта проблема неощутима. Во-первых, потому, что наша природа довольно щедра родниками, ручейками, малыми реками и другими источниками пресной воды. Во-вторых, их запасы не иссякают, так как их питают атмосферные осадки, которые здесь выпадают в изобилии, а в летное время – еще и ледники. Но иметь, это не значить, что мы должны безрассудно и не по-хозяйски относиться к этому бесценному дару природы.
Раньше для целой семьи из нескольких человек достаточно было всего несколько кувшинов воды на целые сутки. Воду, как и труд приносящих её женщин, умели ценить. Теперь ситуация изменилась. В последние годы водопроводной водой обеспечено каждое хозяйство в селе. Построены бани, бассейны, имеющие автотранспорт соорудили автомойки во дворе. С каждым годом увеличивается диаметр водопроводных труб, но снижается культура потребления воды. К слову сказать, обеспечив себя водопроводными кранами, не многие подумали о том, куда эта вода будет потом стекать. Как результат, и без того неприглядные дороги и улочки зимой превращаются в экстремальный каток, а летом – полны луж и грязи. В нашем районе площади, охваченные влаголюбивыми культурами (в первую очередь – капуста), постоянно увеличиваются. Это ведёт к значительному увеличению потребления водных ресурсов. Поэтому, с началом оросительного сезона в направлении к сельскохозяйственным угодьям буквально хлынут неуправляемые потоки поливной воды по нескольким каналам. Изымая воду из верховьев реки Чахичай, она теряется на тысячах гектарах сельхозугодий. В результате увеличилось количество оползней и потенциально опасных участков в черте села.
Драматичность ситуации заключается ещё и в том, что для решения этой проблемы никто и ничего не предпринимает. Для районных и местных администраций отсутствие жалоб со стороны населения и обеспеченность граждан питьевой и поливной водой, наоборот, является предметом гордости, чем проблемой.
2. ВОЗМОЖНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ
С увеличением площадей орошаемых земель увеличивается объем дренажных (сточных) вод. Они образуются в результате периодических поливов, когда отмечается избыточный сток вод. В большом объёме дренажные воды сбрасываются в реки Чахичай и Самур. Другая проблема – вымывание (рассоление) почв. В этих случаях повышается минерализация речных вод. Следует иметь в виду, что с дренажными водами, которые стекают в реки, при водоотведении выносятся биогенные вещества, пестициды и другие химические соединения, оказывающие вредное воздействие на природные воды. Многие из примесей в воде являются природными и попадают туда вместе с дождем или грунтовыми водами. Тот же путь проходят и некоторые из загрязняющих веществ, связанных с деятельностью человека. Дым, пепел и промышленные газы вместе с дождем оседают на землю; химические соединения и нечистоты, внесенные в почву с удобрениями, попадают в реки с грунтовыми водами.
В местах большого скопления людей и животных природной чистой воды обычно не хватает, особенно если ее используют для сбора нечистот и переноса их подальше от населенных пунктов. Если нечистот в почву попадает не много, почвенные организмы перерабатывают их, заново используя питательные вещества, и в соседние водотоки просачивается уже чистая вода. Но если нечистоты попадают сразу в воду, они гниют, и на их окисление расходуется кислород. Создается так называемая биохимическая потребность в кислороде. Чем выше эта потребность, тем меньше кислорода остается в воде для живых микроорганизмов, особенно для рыб и водорослей. Иногда из-за недостатка кислорода гибнет все живое. Вода становиться биологически мертвой - в ней остаются только анаэробные бактерии; они процветают без кислорода и в процессе своей жизнедеятельности выделяют сероводород - ядовитый газ со специфическим запахом тухлых яиц. И без того безжизненная вода приобретает гнилостный запах и становится совсем непригодной для человека и животных. Подобное может произойти и при избытке в воде таких веществ, как нитраты и фосфаты; они попадают в воду из сельскохозяйственных удобрений на полях или из сточных вод, загрязненных моющими средствами. Эти биогенные вещества стимулируют рост водорослей, которые начинают потреблять много кислорода, а когда его становится недостаточно, они гибнут. Органические отбросы, биогенные вещества становятся помехой для нормального развития пресноводных экологических систем. Но в последние годы на экологические системы обрушились огромные количества абсолютно чужеродных веществ, от которых они не знают защиты. Пестициды, применяемые в сельском хозяйстве, металлы и химикалии из промышленных сточных вод сумели проникнуть в пищевую цепь водной среды, что может иметь непредсказуемые последствия. Виды, стоящие в начале пищевой цепи, могут накапливать эти вещества в опасных концентрациях и становятся еще более уязвимыми для других вредных воздействий.
3.ПУТИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
Загрязненную воду можно очистить. Круговорот воды, этот долгий путь ее движения, состоит из нескольких стадий: испарения, образования облаков, выпадения дождя, стока в ручьи и реки и снова испарения. На всем своем пути вода сама способна очищаться от попадающих в нее загрязнений - продуктов гниения органических веществ, растворенных газов и минеральных веществ, взвешенного твердого материала. Но загрязненным бассейнам (рекам, озерам и т. п.) для восстановления требуется значительно больше времени. В своем нескончаемом кругообороте вода то захватывает и переносит множество растворенных или взвешенных веществ, то очищается от них. Промышленные выбросы не только засоряют, но и отравляют сточные воды. А дорогостоящие приспособления для очистки таких вод пока еще недоступны.
Для очистки дренажных вод необходимо организовать их деминерализацию с одновременной очисткой от вредных примесей.
Развивая орошение, необходимо в его основу заложить водосберегающую технологию полива, способствующую резкому увеличению эффективности этого вида мелиорации. Но до сих пор коэффициент полезного действия оросительной сети остаётся невысоким, потери воды составляют примерно 30% от общего объёма её забора.
Существенным резервом нормированного использования влаги является правильный
выбор и рациональное применение различных способов полива сельскохозяйственных угодий. Для экономии воды в развитых странах применяют полив методом дождевания, что обеспечивает почти 50% экономии воды.
Чтобы природные системы сумели восстановиться, необходимо прежде всего прекратить дальнейшее поступление отходов в реки. Для защиты вод от загрязнения необходимо знать характер и интенсивность возможного вредного влияния загрязнений при тех или иных их концентрациях и особенно предел допустимых концентраций (ПДК) загрязнений вод. Последний не должен превышаться, чтобы не нарушить нормальные условия культурно-бытового водопользования и не нанести ущерб здоровью населения, расположенных ниже по течению от места выпуска сточных вод.
Очистные сооружения бывают разных типов в зависимости от основного способа обезвреживания нечистот. При механическом методе нерастворимые примеси удаляют из сточных вод через систему отстойников и разного рода ловушек. В прошлом этот способ находил самое широкое применение для очистки промышленных стоков. Сущность химического метода заключается в том, что на очистных станциях в стоки вносят реагенты. Они вступают в реакцию с растворенными и нерастворенными загрязняющими веществами и способствуют их выпадению в отстойниках, откуда их удаляют механическим путем. Но этот способ непригоден для очистки стоков, содержащих большое количество разнородных загрязнителей.
При очистке бытовых стоков наилучшие результаты дает биологический метод. В этом случае для минерализации органических загрязнений используют аэробные биологические процессы, осуществляемые с помощью микроорганизмов. Биологический метод можно применяют как в условиях, приближенных к естественным, так и в специальных биоочистных сооружениях.
4.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Авакян А.Б., Широков В.М. «Рациональное использование водных ресурсов». Екатеринбург: «Виктор», 1994.
2. Черкинский С.Н. «Санитарные условия спуска сточных вод в водоёмы».
Москва: «Стройиздат», 1977.
Введение
1. Суть проблемы чистой воды
1.1 Сокращение запасов пресных вод
1.2 Загрязнение воды бытовыми, сельскохозяйственными и промышленными стоками
1.3 Тепловое загрязнение воды
1.4 Нефтяное загрязнение Мирового океана
1.5 Другие загрязнения водных ресурсов
2. Возможные пути решения
2.1 Очищение воды
2.2 Повторное использование воды
2.3 Опреснение солёных вод
Заключение
Список использованных источников
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Можно, пожалуй, сказать, что
назначение человека как бы
заключается в том, чтобы
уничтожить свой род,
предварительно сделав земной шар
непригодным для обитания.
Ж.-Б. Ламарк
Когда-то люди довольствовались водой, которую они находили в реках, озерах, ручьях и колодцах. Но с развитием промышленности и ростом населения появилась необходимость гораздо тщательнее управлять водоснабжением, чтобы избежать вреда для здоровья человека и ущерба окружающей среды.
Прежде неисчерпаемый ресурс - пресная чистая вода - становиться исчерпаемым. Сегодня воды, пригодной для питья, промышленного производства и орошения, не хватает во многих районах мира. Уже сейчас из-за диоксинового загрязнения водоемов в России ежегодно погибает 20 тыс. человек.
Выбранная мною тема в настоящее время актуальна как никогда, ведь если не мы, то уж наши дети точно ощутят в полной мере влияние антропогенного загрязнения окружающей среды. Однако, если во время распознать проблему и следовать путям её решения, то экологической катастрофы можно избежать.
Цель данной работы - познакомиться с проблемой чистой воды как с глобальной экологической проблемой. Существенное внимание при этом будет уделяться причинам, экологическим следствиям и возможным путям решения данной проблемы.
1. Суть проблемы чистой воды
Среди химических соединений, с которыми человеку приходится сталкиваться в своей повседневной жизни, вода, пожалуй, -- самое привычное и в то же время самое странное. Её удивительные свойства всегда привлекали к себе внимание ученых, а в последние годы стали вдобавок и поводом для разнообразных околонаучных спекуляций. Вода -- не пассивный растворитель, как принято считать, это активное действующее лицо в молекулярной биологии; при замерзании она расширяется, а не уменьшается в объеме, как большинство жидкостей, достигая наибольшей плотности при 4 °C. Пока никто из теоретиков, работающих над общей теорией жидкостей, не приблизился к описанию её странных свойств.
Отдельного упоминания достойны слабые водородные связи, благодаря которым молекулы воды образуют на короткое время довольно сложные структуры. Много шума наделала опубликованная в 2004 году в журнале Science статья Ларса Петтерсона (Lars Pettersson) и его коллег из Стокгольмского университета (Stockholm University). В ней, в частности, утверждалось, что каждая молекула воды связана водородными связями в точности с двумя другими. Из-за этого возникают цепи и кольца, длиной порядка сотен молекул. Именно на этом пути исследователи надеются найти рациональное объяснение странностей воды.
Но для жителей нашей планеты вода в первую очередь интересна не этим: без чистой питьевой водывсе они просто вымрут, а доступность её с годами становится все более проблематичной. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в настоящее время 1,2 млрд. человек не имеют её в необходимом количестве, миллионы людей умирают ежегодно от болезней, вызванных растворенными в воде веществами. В январе 2008 года на Всемирном экономическом форуме ООН (World Economic Forum Annual Meeting 2008), проходившем в Швейцарии, утверждалось, что к 2025 году население более половины стран мира будет испытывать недостаток в чистой воде, а к 2050 году -- 75%.
Проблема чистойводы надвигается со всех сторон: так например, ученые предполагают, что в ближайшие 30 лет таяние ледников (одни из основных запасов пресной воды на Земле) приведет к сильным скачкам в уровне многих крупных рек, таких как Брахмапутра, Ганг, Хуанхэ, что поставит полтора миллиарда жителей Юго-Восточной Азии под угрозу нехватки питьевой воды. При этом уже сейчас расход воды, например, из реки Хуанхэ настолько велик, что она периодически не достигает моря.
1.1 Сокращение запасов пресных вод
Пресные водные ресурсы существуют благодаря вечному круговороту воды. В результате испарения образуется гигантский объем воды, достигающий 525 тыс. км3 в год. 86% этого количества приходится на соленые воды Мирового океана и внутренних морей - Каспийского, Аральского и др.; остальное испаряется на суше, причем половина благодаря транспирации влаги растениями. Каждый год испаряется слой воды толщиной примерно 1250 мм. Часть ее вновь выпадает с осадками в океан, а часть переносится ветрами на сушу и здесь питает реки и озера, ледники и подземные воды. Природный дистиллятор питается энергией Солнца и отбирает примерно 20% этой энергии.
Всего 2% гидросферы приходится на пресные воды, но они постоянно возобновляются. Скорость возобновления и определяет доступные человечеству ресурсы. Большая часть пресных вод (85%) сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Скорость водообмена здесь меньше, чем в океане, и составляет 8000 лет. Поверхностные воды суши обновляются примерно в 500 раз быстрее, чем в океане. Еще быстрее, примерно за 10-12 суток, обновляются воды рек. Наибольшее практическое значение для человечества имеют пресные воды рек.
Реки всегда были источником пресной воды. Но в современную эпоху они стали транспортировать отходы. Отходы на водосборной территории по руслам рек стекают в моря и океаны. Большая часть использованной речной воды возвращается в реки и водоемы в виде сточных вод. До сих пор рост очистных сооружений отставал от роста потребления воды. И на первый взгляд в этом заключается корень зла. На самом деле все обстоит гораздо серьезнее. Даже при самой совершенной очистке, включая биологическую, все растворенные неорганические вещества и до 10% органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Такая вода вновь может стать пригодной для потребления только после многократного разбавления чистой природной водой. И здесь для человека важно соотношение абсолютного количества сточных вод, хотя бы и очищенных, и водного стока рек.
Мировой водохозяйственный баланс показал, что на все виды водопользования тратится 2200 км воды в год. На разбавление стоков уходит почти 20% ресурсов пресных вод мира. Расчеты на 2000 г. в предположении, что нормы водопотребления уменьшатся, а очистка охватит все сточные воды, показали, что все равно ежегодно потребуется 30-35 тыс. км3 пресной воды на разбавление сточных вод. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Ведь 1 км3 очищенной сточной воды "портит" 10 км3 речной воды, а не очищенной - в 3-5 раз больше. Количество пресной воды не уменьшается, но ее качество резко падает, она становится не пригодной для потребления.
Человечеству придется изменить стратегию водопользования. Необходимость заставляет изолировать антропогенный водный цикл от природного. Практически это означает переход на замкнутое водоснабжение, на маловодную или малоотходную, а затем на "сухую" или безотходную технологию, сопровождающуюся резким уменьшением объемов потребления воды и очищенных сточных вод.
Запасы пресной воды потенциально велики. Однако в любом районе мира они могут истощиться из-за нерационального водопользования или загрязнения. Число таких мест растет, охватывая целые географические районы. Потребность в воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения мира. Объем потребляемой воды зависят от региона и уровня жизни и составляет от 3 до 700 л в сутки на одного человека.
Потребление воды промышленностью также зависит от экономического развития данного района. Например, в Канаде промышленность потребляет 84% всего водозабора, а в Индии - 1%. Наиболее водоемкие отрасли промышленности - сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит почти 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности (см. приложение). В среднем в мире на промышленность уходит примерно 20% всей потребляемой воды. Главный же потребитель пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 70-80% всей пресной воды. Орошаемое земледелие занимает лишь 15-17% площади сельскохозяйственных угодий, а дает половину всей продукции. Почти 70% посевов хлопчатника в мире существует благодаря орошению.
Суммарный сток рек СНГ (СССР) за год составляет 4720 км. Но распределены водные ресурсы крайне неравномерно. В наиболее обжитых регионах, где проживает до 80% промышленной продукции и находится 90% пригодных для сельского хозяйства земель, доля водных ресурсов составляет всего 20%. Многие районы страны недостаточно обеспечены водой. Это юг и юго-восток европейской части СНГ, Прикаспийская низменность, юг Западной Сибири и Казахстана, и некоторые другие районы Средней Азии, юг Забайкалья, Центральная Якутия. Наиболее обеспечены водой северные районы СНГ, Прибалтика, горные районы Кавказа, Средней Азии, Саян и Дальнего Востока.
Сток рек изменяется в зависимости от колебаний климата. Вмешательство человека в естественные процессы затронуло уже и речной сток. В сельском хозяйстве большая часть воды не возвращается в реки, а расходуется на испарение и образование растительной массы, так как при фотосинтезе водород из молекул воды переходит в органические соединения. Для регулирования стока рек, не равномерного в течение года, построено 1500 водохранилищ (они регулируют до 9% всего стока). На сток рек Дальнего Востока, Сибири и Севера европейской части страны хозяйственная деятельность человека пока почти не повлияла. Однако в наиболее обжитых районах он сократился на 8%, а у таких рек, как Терек, Дон, Днестр и Урал на 11-20%. Заметно уменьшился водный сток в Волге, Сырдарье и Амударье. В итоге сократился приток воды к Азовскому морю - на 23%, к Аральскому - на 33%. Уровень Арала упал на 12,5 м.
Ограниченные и даже скудные во многих странах запасы пресных вод значительно сокращаются из-за загрязнения. Обычно загрязняющие вещества разделяют на несколько классов в зависимости от их природы, химического строения и происхождения.
1.2 Загрязнение воды быт овыми, сельскохозяйственными и промышленными стоками.
Органические материалы поступают из бытовых, сельскохозяйственных или промышленных стоков. Их разложение происходит под действием микроорганизмов и сопровождается потреблением растворенного в воде кислорода. Если кислорода в воде достаточно и количество отходов невелико, то аэробные бактерии довольно быстро превращают их в сравнительно безвредные остатки. В противном случае деятельность аэробных бактерий подавляется, содержание кислорода резко падает, развиваются процессы гниения. При содержании кислорода в воде ниже 5 мг на 1 литр, а в районах нереста - ниже 7 мг многие виды рыб погибают.
Болезнетворные микроорганизмы и вирусы содержатся в плохо обработанных или совсем не обработанных канализационных стоках населенных пунктов и животноводческих ферм. Попадая в питьевую воду, патогенные микробы и вирусы вызывают различные эпидемии, такие, как вспышки сальмонеллиоза, гастроэнтерита, гепатита и др. В развитых странах в настоящее время распространение эпидемий через общественное водоснабжение происходит редко. Могут быть заражены пищевые продукты, например овощи, выращиваемые на полях, которые удобряются шламами после очистки бытовых сточных вод (от нем. Schlamme - буквально грязь). Водные беспозвоночные, например устрицы или другие моллюски, из зараженных водоемов служили часто причиной вспышек брюшного тифа.
Питательные элементы, главным образом соединения азота и фосфора, поступают в водоемы с бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами. Увеличение содержания нитритов и нитратов в поверхностных и подземных водах ведет к загрязнению питьевой воды и к развитию некоторых заболеваний, а рост этих веществ в водоемах вызывает их усиленную эвтрофикацию (увеличение запасов биогенных и органических веществ, из-за чего бурно развиваются планктон и водоросли, поглощая весь кислород в воде).
К неорганическим и органическим веществам также относятся соединения тяжелых металлов, нефтепродукты, пестициды (ядохимикаты), синтетические детергенты (моющие средства), фенолы. Они поступают в водоемы с отходами промышленности, бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами. Многие из них в водной среде либо вообще не разлагаются, либо разлагаются очень медленно и способны накапливаться в пищевых цепочках.
Увеличение донных осадков относится к одному из гидрологических последствий урбанизации. Их количество в реках и водоемах постоянно возрастает из-за эрозии почв в результате неправильного ведения сельского хозяйства, сведения лесов, а также зарегулированности речного стока. Это явление приводит к нарушению экологического равновесия в водных системах, пагубно действует донные организмы.
1.3 Тепловое загрязнение воды
Источником теплового загрязнения служат подогретые сбросные воды теплоэлектростанций и промышленности. Повышение температуры природных вод изменяет естественные условия для водных организмов, снижает количество растворенного кислорода, изменяет скорость обмена веществ. Многие обитатели рек, озер или водохранилищ гибнут, развитие других подавляется.
Еще несколько десятилетий назад загрязненные воды представляли собой как бы острова в относительно чистой природной среде. Сейчас картина изменилась, образовались сплошные массивы загрязненных территорий.
1.4 Нефтяное загрязнение Мирового океана
Нефтяное загрязнение Мирового океана, несомненно, есть самое распространенное явление. От 2 до 4% водной поверхности Тихого и Атлантического океанов постоянно покрыто нефтяной пленкой. В морские воды ежегодно поступает до 6 млн. т нефтяных углеводородов. Почти половина этого количества связана с транспортировкой и разработкой месторождений на шельфе. Континентальное нефтяное загрязнение поступает в океан через речной сток.
Реки мира ежегодно выносят в морские и океанические воды более 1,8 млн. т нефтепродуктов.
В море нефтяное загрязнение имеет различные формы. Оно может тонкой пленкой покрывать поверхность воды, а при разливах толщина нефтяного покрытия вначале может составлять несколько сантиметров. С течением времени образуется эмульсия нефти в воде или воды в нефти. Позже возникают комочки тяжелой фракции нефти, нефтяные агрегаты, которые способны долго плавать на поверхности моря. К плавающим комочкам мазута прикрепляются разные мелкие животные, которыми охотно питаются рыбы и усатые киты. Вместе с ними они заглатывают и нефть. Одни рыбы от этого гибнут, другие насквозь пропитываются нефтью и становятся непригодны для употребления в пищу из-за неприятного запаха и вкуса..
Все компоненты нефти токсичны для морских организмов. Нефть влияет на структуру сообщества морских животных. При нефтяном загрязнении изменяется соотношение видов и уменьшается их разнообразие. Так, обильно развиваются микроорганизмы, питающиеся нефтяными углеводородами, а биомасса этих микроорганизмов ядовита для многих морских обитателей. Доказано, что очень опасно длительное хроническое воздействие даже небольших концентраций нефти. При этом постепенно падает первичная биологическая продуктивность моря. У нефти есть еще одно неприятное побочное свойство. Ее углеводороды способны растворять в себе ряд других загрязняющих веществ, таких, как пестициды, тяжелые металлы, которые вместе с нефтью концентрируются в приповерхностном слое и еще более отравляют его. Ароматическая фракция нефти содержит вещества мутагенной и канцерогенной природы, например бензпирен. Сейчас получены многочисленные доказательства наличия мутагенных эффектов загрязненной морской среды. Бензпирен активно циркулирует по морским пищевым цепочкам и попадает в пищу людей.
Наибольшие количества нефти сосредоточены в тонком приповерхностном слое морской воды, играющем особенно важную роль для различных сторон жизни океана. В нем сосредоточено множество организмов, этот слой играет роль "детского сада" для многих популяций. Поверхностные нефтяные пленки нарушают газообмен между атмосферой и океаном. Претерпевают изменения процессы растворения и выделения кислорода, углекислого газа, теплообмена, меняется отражательная способность (альбедо) морской воды.
Больше всего страдаю от нефти птицы, особенно когда загрязняются прибрежные воды. Нефть склеивает оперенье, оно утрачивает теплоизолирующие свойства, и, кроме того, птица, выпачканная в нефти, не может плавать. Птицы замерзают и тонут. Даже чистка перьев растворителями не позволяет спасти всех пострадавших. Остальные обитатели моря страдают меньше. Многочисленные исследования показали, что нефть, попавшая в море, не создаёт ни постоянной, ни долговременной опасности для живущих в воде организмов и не накапливает в них, так что её попадание в человека по пищевой цепи исключено.
По последним данным, значительный вред флоре и фауне может быть нанесен только в отдельных случаях. Например, гораздо опаснее сырой нефти изготовленные из нее нефтепродукты - бензин, дизельное топливо и так далее. Опасны высокие концентрации нефти на литорали (приливно-отливной зоне), особенно на песчаном берегу, в этих случаях концентрации нефти долго остается высокой, и она наносит много вреда. Но к счастью такие случаи редки.
Обычно при катастрофах танкеров нефть быстро расходится по воде, разбавляется, начинается её разложение. Показано, что углеводороды нефти могут без вред для морских организмов проходить через их пищеварительный тракт и даже через ткани: такие опыты проводились с крабами, двустворчатыми моллюсками, разными видами мелкой рыбы, и никаких вредных последствий дляподопытных животных не было обнаружено.
1.5 Другие загрязнения водных ресурсов
Хлорированные углеводороды, широко применяемые в качестве средств борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства, с переносчиками инфекционных болезней, уже многие десятилетия вместе со стоком рек и через атмосферу поступают в Мировой океан. ДДТ и его производные, полихлорбифенилы и другие устойчивые соединения этого класса сейчас обнаруживаются повсюду в Мировом океане, включая Арктику и Антарктику. Они легко растворимы в жирах и поэтому накапливаются в органах рыб, млекопитающих, морских птиц. Будучи ксенобиотиками, т. е. веществами полностью искусственного происхождения, они не имеют среди микроорганизмов своих "потребителей" и поэтому почти не разлагаются в природных условиях, а только накапливаются в Мировом океане. Вместе с тем они остротоксичны, влияют на кроветворную систему, подавляют ферментативную активность, сильно влияют на наследственность.
Вместе с речным стоком в океан поступают и тяжелые металлы, многие из которых обладают токсичными свойствами. Общая величина речного стока составляет 46 тыс. км воды в год. Вместе с ним в Мировой океан поступает до 2 млн. т. свинца, до 20 тыс. т. кадмия и до 10 тыс. т. ртути. Наиболее высокие уровни загрязнения имеют прибрежные воды и внутренние моря. Немалую роль в загрязнении Мирового океана играет и атмосфера. Так, например, до 30% всей ртути и 50% свинца, поступающих в океан ежегодно, переносится через атмосферу. По своему токсичному действию в морской среде особую опасность представляет ртуть. Под влиянием микробиологических процессов токсичная неорганическая ртуть превращается в гораздо более токсичные органические формы ртути. Накопленные благодаря биоаккумуляции в рыбе или в моллюсках соединения метилированной ртути представляют прямую угрозу жизни и здоровью людей. Вспомним хотя бы печально известную болезнь "минамато", получившую название от японского залива, где так резко проявилось отравление местных жителей ртутью. Она унесла немало жизней и подорвала здоровье многим людям, употреблявшим в пищу морские продукты из этого залива, на дне которого накопилось немало ртути от отходов близлежащего комбината. Ртуть, кадмий, свинец, медь, цинк, хром, мышьяк и другие тяжелые металлы не только накапливаются в морских организмах, отравляя тем самым морские продукты питания, но и самым пагубным образом влияют на обитателей моря. Коэффициенты накопления токсичных металлов, т. е. концентрация их на единицу веса в морских организмах по отношению к морской воде, меняются в широких пределах - от сотен до сотен тысяч, в зависимости от природы металлов и видов организмов. Эти коэффициенты показывают, как накапливаются вредные вещества в рыбе, моллюсках, ракообразных, планктонных и других организмах. Масштабы загрязнения продуктов морей и океанов так велики, что во многих странах установлены санитарные нормы на содержание в них тех или других вредных веществ. Интересно отметить, что при концентрации ртути в воде, только в 10 раз большей ее естественного содержания, загрязнение устриц уже превышает норму, установленную в некоторых странах. Это показывает, как близок тот предел загрязнения морей, который нельзя переступить без вредных последствий для жизни и здоровья людей.
2. Возможные пути решения
Для того чтобы избежать водного кризиса, разрабатываются новые технологии очистки и дезинфекции воды, её опреснения, а также методы её повторного использования. Однако помимо научных изысканий необходимы действенные методы организации контроля над водными ресурсами стран: к сожалению, в большинстве государств использованием и планированием водных ресурсов занимается несколько организаций (так, в США этим заняты более двадцати разных федеральных агентств). Эта тема стала основной для номера от 19 марта 2007 года научного журнала Nature. В частности, Марк Шеннон (Mark Shannon) и его коллеги из университета Иллинойса в Эрбане-Шампейн (США) провели обзор новых научных разработок и систем нового поколения в следующих областях: дезинфекции воды и удаления патогенов без использования избыточного количества химических реагентов и образования токсичных побочных продуктов; обнаружение и удаление загрязняющих веществ в низкой концентрации; повторное использование воды, а также опреснение морской и воды из внутренних водоемов. Что немаловажно, эти технологии должны быть относительно недорогими и пригодными к использованию в развивающихся странах.
2.1 Очищение воды
Дезинфекция особенно важна в развивающихся странах Юго-восточной Азии и Субсахары: именно там патогены, живущие в воде, чаще всего становятся причиной массовых заболеваний. Наряду с болезнетворными организмами -- такими, как гельминты (глисты), простейшие одноклеточные, грибы и бактерии, повышенную опасность представляют вирусы и прионы. Свободный хлор -- самый распространенный в мире (а также самый дешевый и один из самых эффективных) дезинфектор -- отлично справляется с кишечными вирусами, однако бессилен против вызывающих диарею криптоспоридий С.parvum или микобактерий. Ситуация осложняется и тем, что многие возбудители болезней живут в тонких биопленках на стенках водопроводных труб.
Новые эффективные методы дезинфекции должны состоять из нескольких барьеров: удаление с помощью физико-химических реакций (например, коагуляции, седиментации или мембранной фильтрации) и обезвреживание с помощью ультрафиолета и химических реагентов. Относительно недавно для фотохимического обезвреживания патогенов вновь стали использовать свет видимого спектра, а в некоторых случаях эффективно использование комбинирование УФ с хлором или с озоном. Правда, такой подход иногда вызывает появление побочных вредных веществ: например, от действия озона в воде, содержащей ионы бромида, может появиться канцероген бромат.
В Индии, где потребность в дезинфекции воды ощущается довольно остро, для этих целей применяется жавелевая вода.
В развивающихся странах используется технология дезинфекции водыв бутылях из полиэтилена терефталата (PET) с помощью, во-первых, солнечного света, во-вторых, гипохлорида натрия (этот метод используется в основном в сельской местности). Благодаря хлору удалось снизить частоту желудочно-кишечных заболеваний, однако в областях, где в воде содержится аммиак и органический азот, метод не работает: с этими веществами хлор образует соединения и становится неактивен.
Предполагается, что в будущем методы дезинфекции будут включать действие ультрафиолета и наноструктур. Ультрафиолетовое излучение эффективно в борьбе с бактериями, живущими в воде, с цистами простейших, однако не действует на вирусы. Тем не менее ультрафиолет способен активировать фотокаталитические соединения, например, титана (TiO2), которые в свою очередь способны убивать вирусы. Кроме того, новые соединения, такие как TiO2 с азотом (TiON) или с азотом и некоторыми металлами (палладием), могут активироваться излучением видимой части спектра, на что требуется меньше затрат энергии, чем при облучение ультрафиолетом, или даже просто солнечным светом. Правда, подобные установки для дезинфекции имеют крайне небольшую производительность.
Другой важной задачей в очищении воды является удаление вредных веществ из нее. Существует огромное количество токсичных веществ и соединений (таких как мышьяк, тяжелые металлы, галогенсодержащие ароматические соединения, нитрозоамины, нитраты, фосфаты и многие другие). Список предположительно вредных для здоровья веществ постоянно растет, а многие из них токсичны даже в ничтожных количествах. Обнаружить эти вещества в воде, а потом удалить их в присутствии других, нетоксичных примесей, содержание которых может быть на порядок выше, -- сложно и дорого. А кроме всего прочего, это поиск одного токсина может помешать обнаружению другого, более опасного. Методы мониторинга загрязняющих веществ неизбежно связаны с использованием сложного лабораторного оборудования и привлечением квалифицированного персонала, поэтому очень важно везде, где только возможно, находить недорогие и относительно простые способы идентификации загрязнений.
Важна здесь и своего рода "специализация": например, триоксид мышьяка (As-III) раз в 50 токсичнее пентоксида (As-V), и поэтому необходимо измерять их содержание и вместе, и по отдельности, для последующей нейтрализации или удаления. Существующие же методы измерения или имеют низкий предел точности, или требуют квалифицированных специалистов.
Ученые считают, что перспективным направлением в разработке методов обнаружения вредных веществ является метод молекулярного распознавания (molecular recognition motif), основанном на использовании сенсорных реактивов (вроде знакомой со школы лакмусовой бумажки), вместе с микро- или нанофлюидным управлением (micro/nanofluidic manipulation) и телеметрией. Подобные биосенсорные методы можно применять и к болезнетворным микроогранизмам, живущим в воде. Однако в этом случае надо следить за наличием в воде анионов: их присутствие может нейтрализовать достаточно действенные -- при других условиях -- методы. Так, при обработке воды озоном бактерии гибнут, но если в воде находятся ионы Br-, происходит окисление до BrO3-, то есть один вид загрязнения меняется на другой.
водыс противоположной стороны. В соответствии с законами гидростатики, вода просачивается через мембрану, очищаясь до дороге. В целом существует два способа борьбы с вредными веществами -- влияние на микрозагрязнитель с помощью химических или биохимических реагентов, пока он не перейдет в неопасную форму, или его удаление из воды. Этот вопрос решается в зависимости от местности. Так, в колодцах в Бангладеш используют технологию фильтрации Sono, а на заводах в США -- обратного осмоса (reverse osmosis), для решения одной и той же проблемы -- удаления из воды мышьяка.
Система обратного осмоса, применяющаяся в США: давление воды с той стороны синтетической мембраны, где находятся загрязнители, превосходит давление чистойводыс противоположной стороны. В соответствии с законами гидростатики, вода просачивается через мембрану, очищаясь до дороге.
В настоящее время органические вредные вещества в воде стараются посредством реакций превратить в безобидные азот, углекислый газ и воду. Серьезные анионные загрязнители, такие как нитраты и перхлораты, удаляют с помощью ионообменных смол и обратного осмоса, а токсичные рассолы сливают в хранилища. В будущем, возможно, будут использоваться биметаллические катализаторы для минерализации этих рассолов, а также активные нанокатализаторы в мембранах для трансформации анионов.
2.2 Повторное использование воды
Сейчас специалисты по охране природы самозабвенно мечтают о повторном использовании промышленных и городских сточных вод, предварительно доведенных до качества питьевой воды. Но в этом случае приходится иметь дело с огромным количеством всевозможных загрязнителей и патогенов, а также органических веществ, которые должны быть удалены или трансформированы в безвредные соединения. Следовательно, все операции удорожаются и усложняются.
Городские сточные воды обычно проходят обработку в очистных сооружениях, в которых во взвешенном состоянии находятся микробы, удаляющие органику и остатки пищевых веществ, а потом в отстойных резервуарах, где происходит разделение твердых и жидких фракций. Воду после такой очистки можно сбрасывать в поверхностные водоемы, а также использовать для ограниченного полива и на некоторые заводские нужды. В настоящее время одна из активно внедряемых технологий -- мембранные биореакторы (Membrane Bioreactor). Эта технология сочетает использование взвешенной в воде биомассы (как в обычных очистных сооружениях) и водных микро- и ультратонких мембран вместо отстойников. Воду после МБР можно свободно использовать для ирригации и для заводских нужд.
МБР также могут принести большую пользу в развивающихся странах с плохой канализацией, особенно в быстрорастущих мегаполисах: они позволяют обрабатывать непосредственно сточные воды, отделяя из них полезные вещества, чистую воду, азот и фосфор. МБР используют также как предварительную обработку воды для обратного осмоса; если же потом обработать её УФ (или фотокаталитическими веществами, реагирующими на видимый свет), то она будет пригодна для питья. В будущем, возможно, системы для "повторного использования воды" будут состоять только из двух этапов: МБР с нанофильтрационной мембраной (что избавит от необходимости этапа обратного осмоса) и фотокаталитического реактора, который послужит преградой для патогенов и уничтожит органические загрязнители с малой молекулярной массой. Правда, одной из серьезных преград является быстрое засорение мембраны, и успех развития этого направления очистки воды во многом зависит от новых модификаций и свойств мембран.
Немалую преграду составляют и законы об охране окружающей среды: во многих странах строго запрещено повторное использование воды для коммунальных нужд. Однако из-за недостачи водных ресурсов меняется и это: так, в США повторное использование воды ежегодно возрастает на 15%.
2.3 Опреснение солёных вод
Увеличить запасы пресной воды с помощью опреснения вод морей, океанов и засоленных внутренних водоемов -- очень соблазнительная цель, ведь эти запасы составляют 97,5% всей воды на Земле. Технологии опреснения шагнули далеко вперед, особенно за последнее десятилетие, однако до сих пор они требуют много энергии и капиталовложений, что сдерживает их распространение. Скорее всего, доля крупных установок по опреснению воды традиционным (термальным) способом уменьшится: они расходуют слишком много энергии и сильно страдают от коррозии.
Предполагается, что будущее за небольшими системами опреснения, рассчитанными на одну или несколько семей (это касается в основном развивающихся стран).
Современные технологии опреснения используют мембранное разделение с помощью обратного осмоса и температурную дистилляцию. Сдерживающими факторами для развития опреснения являются, как уже было сказано, высокое потребление энергии и эксплуатационные расходы, быстрое загрязнение мембран установок, а также проблема утилизации соляного рассола и присутствие в воде остатков загрязнителей с низким молекулярным весом, например, бора.
Перспективность исследований в этом направлении определяется прежде всего снижением удельных затрат энергии, и тут определенный прогресс налицо: если в 1980-х годах они в среднем составляли 10 кВт·ч/м3, то в настоящее время они сократились до 4 кВт·ч/м3. Но есть и другие важные успехи: создание новых материалов для мембран (например, из нанотрубок из углерода), а также создание новых очистных биотехнологий.
Остается надеяться, что в ближайшие годы наука и технологии действительно сильно шагнут вперед -- ведь даже оставаясь пока для многих почти незаметным, призрак водного кризиса давно уже бродит не только по Европе, но и по всему миру.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проблема обеспечения надлежащего количества и качества воды является одной из наиболее важных и имеет глобальное значение.
В настоящее время человечество использует 3,8 тыс. км3 воды ежегодно, причем можно увеличить потребление максимум до 12 тыс. км3. При нынешних темпах роста потребления воды этого хватит на ближайшие 25-30 лет. Выкачивание грунтовых вод приводит к оседанию почвы и зданий (Мехико, Бангкок) и понижению уровней подземных вод на десятки метров (Манила).
Поскольку численность населения на Земле беспрерывно увеличивается, то неустанно возрастают и потребности в чистой пресной воде. Уже в настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие регионы, ещё недавно считавшиеся благополучными в этом отношении. В настоящее время потребность в пресной воде не удовлетворяется у 20 % городского и 75 % сельского населения планеты.
Ограниченный запас пресных вод ещё больше сокращается из-за их загрязнений.
Главную опасность представляют сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые). Последние, попадая в поверхностные и подземные источники вод, загрязняют их вредными токсическими примесями, опасными для здоровья человека, вследствие чего сокращаются и без того ограниченные резервы пресной воды. Человеку необходима чистая высококачественная пресная вода и лишь в его силах сохранить её резервы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Материалы научного журнала Nature за 2007 год
2. Артамонов, В. И. Растения и чистота природной среды. - М.: Наука,1986. - 206 с.
3. Николадзе, Г. И. Технология очистки природных вод. - М.: Высшая Школа, 1987. - 132 с.
4. Подосенова, Е. В. Технические средства защиты окружающей среды. - М., 1980. - 158 с.
5. Воронков, Н. А. Экология. - М.: Агар,2000. - 257 с.
Экологические проблемы гидросферы можно условно разделить на внешние и внутренние. Внешние обусловлены тем, что она является составной частью биосферы и неразрывно связана с атмосферой и литосферой. Эти слои тесно взаимодействуют между собой и влияют друг на друга. Экологические проблемы, возникающие в одном слое, вызывают немедленную реакцию в остальных. Происходит своеобразный «обмен» проблемами. Внутренние проблемы гидросферы связаны в основном с ее главным составляющим ее веществом — водой.
Вода или оксид водорода – это неорганическое соединение из двух атомов водорода и одного кислорода, химическая формула которого Н 2 О. Обычно это прозрачная жидкость без цвета, вкуса и запаха. В твердом состоянии вода — это лед, а в газообразном – пар. Существует два основных природных вида воды – соленая и пресная. Основная масса соленой, которая непригодная для употребления в пищу и для сельскохозяйственного производства. Пресной — всего лишь 2,5% общего объема, из нее в живых организмах около 0,003%.
Общие характеристики
Жизнь на Земле возникла в воде, благодаря воде и существует. В организм человека содержание воды может быть до 75% и потеря даже 10% может привести к трагическому концу.
Основные биохимические процессы в живых организмах происходят в ней. Вода хороший природный растворитель. Причем растворяет как органические, так и неорганические вещества. Она обеспечивает хорошую скорость протекания химических реакций и сложность образующихся соединений.
Она поглощает инфракрасное и микроволновое излучение. Водяной пар является естественным парниковым газом.
Основная форма существования воды – жидкая. При нормальном атмосферном давлении и температуре 0 0 С она переходит в твердое состояние, а при 100 0 С — кипит и превращается в пар. Вода еще уникальна тем, что может одновременно существовать во всех трех своих состояниях. Например, облака в небе над ледяными айсбергами на поверхности океана.
Вода различается по качеству, составу, происхождению, применению и так далее. Есть вода мягкая и жесткая, тяжелая и легкая, пресная и соленая, минеральная и питьевая, сточная и дистиллированная, талая и ливневая, поверхностная и грунтовая. В ней всегда присутствуют примеси и растворенные вещества. В литре даже самой пресной воды содержится 1 грамм солей.
В твердом состоянии вода легче, чем в жидком. Это еще одна ее особенность. При замерзании вода расширяется, и плотность льда меньше, чем ее плотность жидком состоянии. Потому вода замерзает сверху и лед плавает по ее поверхности. Морская вода обычной солености замерзает при температуре около – 2 0 С. Если бы в один момент все ледники на планете растаяли, то уровень воды в Мировом океане поднялся на 64 метра и затопил 1/8 суши. Если бы поверхность Земли была ровная, как у биллиардного шара, то вода заняла всю ее поверхность трехкилометровым слоем.
Меньшая плотность льда дает возможность выжить некоторым живым организмам в нем замерзшим. Лед отражает 98% солнечных лучей, снег – 85%, а вода только 5%.
В мантии Земли воды в 12 раз больше чем в Мировом океане. В атмосфере она присутствует в виде мелких капель в облаках, тумане и паре. На почву выпадает в виде дождя, снега, града и росы. Вода распространена и над атмосферой — в космосе.
В гидросфере или водяном шаре, в переводе с греческого языка, содержится 1 533 000 000 км 3 воды. Масса гидросферы составляет 1/4000 массы Земли, но в 275 раз больше атмосферы или 1,46х10 21 кг. Она покрывает примерно 71% поверхности нашей планеты, что составляет 361,13 млн. км 2 . Водные объекты Земли есть естественные. Это: океаны, моря, реки, озера, болота и прочее. И искусственные – водохранилища, пруды, каналы и так далее. 96,5% всех запасов воды содержится в океанах. И по 1,7% — это грунтовые воды и ледники. Максимальная глубина Мирового океана 11022 метра. В его верхнем слое 140 трлн. Тонн углекислого газа и 8 трлн. Тонн кислорода. Основная масса живых организмов гидросферы располагается в ее поверхностном слое.
Водных ресурсов экологические проблемы заключаются в том, что количество воды на планете Земля ограничено и не возобновляемо. То есть, потребляя воду каждый день на различные нужды, мы исчерпываем ее не количественно, а качественно. И добавить «свеженькой» не получиться – взять негде.
Загрязнение воды экологическая проблема номер один на планете, потому что все остальные, возникающие у атмосферы и литосферы, связаны с ней и являются ее последствиями.
Области применения воды очень разнообразны. Но всегда она возвращается в природу с примесями и загрязнениями. Все чаще, после использования ее человеком, она стала содержать в своем составе такие химические вещества и соединения, которые не смогут быть переработаны или «нейтрализованы» природным способом. А главным таким способом является разбавление.
Использование
Для человека использование воды, это, прежде всего, удовлетворение жажды, то есть насыщение организма влагой. Количество воды и ее состав, необходимый для нормальной жизнедеятельности его организма, различен и зависит от многих внешних и внутренних показателей. С активным процессом урбанизации меняются способы обеспечения населения, и в первую очередь городского, водой для продовольственных и бытовых нужд. И если система водоснабжения еще может справиться с нагрузками по обеспечению необходимого качества воды, то канализационные системы с очисткой сточных вод — нет. Все, что человек «произвел» в результате своей жизнедеятельности попадает в реки и разносится далее по «системе» Мирового океана.
Одной из наиболее ранних потребностей использовать воду было сельское хозяйство. Особенно много использовали воды на нужды земледелия, а именно для полива или орошения земель. В некоторых климатических зонах такой способ ведения хозяйства требует до 90% всех имеющих в регионе водных ресурсов для выращивания удовлетворительного урожая культур. Такой большой объем отбираемой воды не всегда оправдан. Чаще всего из общего объема расходуется продуктивно не более 30%. Остальное так называемые потери, вызванные несовершенством доставки воды непосредственно к требующему полива объекту. Большая часть воды бесполезно просачивается в почву, другая испаряется, не принося никакого эффекта для повышения урожайности.
С большей или меньшей эффективностью использования, вода проходит через системы других сфер человеческой – промышленную, коммунальную, бытовую и другие.
Казалось бы, какая разница, ведь вода в конечном итоге опять попадет туда, откуда была взята. Когда-то она действительно вернется к своему источнику, но какое качество она будет иметь? Каков будет состав, присутствующих в ней примесей? А это как раз и есть главный вопрос. У воды экологические проблемы, как у глобального природного ресурса, возникают именно тогда, когда после использования человеком, она, загрязненная органическими и неорганическими веществами и соединениями, а также искусственно синтезированными веществами, попадает в глобальную систему Мирового океана.
Виды загрязнений
Существуют такие виды загрязнения воды: физическое, тепловое, химическое, органическое и поверхностное. К физическому относится попадание в нее таких веществ, как песок, глина, пыль, радиоактивные примеси, зола и подобное. Вода, используемая для охлаждения технологического оборудования и сбрасываемая в водоемы, несет в себе признаки теплового загрязнения. Микроорганизмы, вирусы, бактерии, грибки, черви и простейшие организмы, попавшие по какой-либо причине в воду, являются биологическим загрязнением. Химическое — это содержащиеся в воде соли, кислоты и щелочи. Органическое — это нефть и ее производные, а также отходы животноводства. Пестициды, гербициды, ядовитые, отравляющие и активные вещества моющих средств – это поверхностный вид загрязнения.
Очистке от указанных видов загрязнений подвергается не более половины всех использованных вод, а всего их «возвращается» или сбрасывается 450 км 3 . При этом очистка не проводится в необходимом объеме. При наилучшей на сегодняшний день системе очистки, в воде остается около 10% загрязнений. То есть для того, чтобы вода самоочистилась, если и не полностью, но хотя бы приблизилась к своему первоначальному состоянию, необходимо стоки разбавить в десятикратном объеме.
Для своих нужд человечеству в год необходимо до 2200 км 3 воды. По некоторым данным на то, чтобы разбавить сбрасываемые стоки уходит порядка 20% планетарных ресурсов пресной воды. Если ситуация с очисткой улучшится, а потребление воды уменьшится, все равно необходимо будет до 35 тысяч км 3 пресной воды, а это практически весь речной сток. Воды не станет меньше. Она станет хуже. Рецепт здесь может быть только один – переход на замкнутое водопользование. Возможно ли это технически?
И вопрос тут не в запасах пресной воды. Ее ресурсы довольно велики, но распределены по поверхности планеты неодинаково. Сложилось так, что в местах наибольшей в ней потребности, запасы незначительны. 20% городского и 75% сельского населения ощущают дефицит пресной воды. А объемы ее потребления зависят от очень многих обстоятельств и колеблются в рамках от 3 до 700 литров воды в сутки. Например, такие отрасли производства, как металлургия, химическая и нефтехимическая, пищевая и целлюлозно-бумажная, требуют почти 70% всей воды, необходимой для всей промышленности. Но это только 20% мирового потребления. Еще 70% приходится на сельское хозяйство, где постоянных оросительных мероприятий требуют земли, на которых выращивается половина всего урожая планеты.
Последствия загрязнения
Потребности в пресной воде и наличие ее в зависимости от климатических колебаний побудили человека вмешаться в регулирование речного стока. Началось активное строительство гидросооружений: каналов, плотин, водохранилищ и так далее. Это «регулирование» привело к уменьшению стока крупных водных артерий, обмелению или полному исчезновению мелких рек, высыханию озер и заболачиванию территорий. Потому что водные биосистемы изменились в сторону увеличения зеленой растительной массы. Видовое разнообразие животного мира существенно сократилось. Переработка органических остатков сменилась их гниением и накоплением в донных отложениях. Реки стали «умирать».
Тепловое загрязнение, как правило, не носит массового характера. Для таких вод в местах ее использования создаются искусственные водные объекты. И хотя, теплая вода не попадает реки, она изменяет биосистему региона. В таких водохранилищах происходят мутации в растительном и животном мире. Появляются виды нетипичные для данного климатического пояса. А это если не носит характер непосредственного влияния на водные ресурсы региона, то наверняка воздействует опосредованно. Теплеет климат, увеличиваются испарения и так далее. То есть негативные последствия несколько отложены во времени.
Органическое, химическое и поверхностное загрязнение в большинстве случаев имеет сходные источники. Это промышленные, бытовые и сельскохозяйственные стоки.
Талые и ливневые воды смывают с полей сельскохозяйственных предприятий, промышленных площадок, улиц населенных пунктов, свалок, отвалов и полигонов отходов органические и неорганические вещества. Среди которых азот и фосфор, пестициды, ядохимикаты, соединения тяжелых металлов, синтетические детергенты, фенолы и так далее. Одни, попадая в реки и моря, наполняют их веществами, способствующими развитию растений. Другие, переработка которых естественным путем невозможна или существенно затруднена, накапливаются в растениях и живых организмах. Двигаясь вверх по пищевой цепочке, степень концентрации этих элементов в организмах животных увеличивается кратно. Если содержание такого вещества в морском микроорганизме или планктоне принять за единицу, то в мелкой рыбе его будет уже 25 единиц, в птице – 1500, а в крупном животном – сотни тысяч. Более всего пестициды накапливают рыбы с повышенным содержанием жира.
Особо следует отметить нефтяное загрязнение биосферы. На сегодняшний день — это самое распространенный вид загрязнения для поверхностных вод, особенно морей и океанов. До 4% поверхности Тихого и Атлантического океанов находится под нефтяной пленкой постоянно. В их воды попадает до 6 млн. тонн нефти и нефтепродуктов. Нефть, попадая на поверхность воды в виде довольно толстого слоя, постепенно растекается тончайшей пленкой, накрывая собой все большие и большие площади. На водный мир, нефть действует двояко. Физически. Затеняя, и тем самым, не давая проникать солнечным лучам в толщу воды. Она замедляет процессы поступления кислорода и его обмена между водными пластами. Это приводит к гибели подводного живого мира. Когда нефть попадает на оперение птиц или верхний покров морских животных, то лишает их организм сопротивляемости снаружи и отравляет изнутри. Со временем, нефтяная пленка собирается в комки, которую с прилипшими к ним мелкими живыми организмами поедает крупная рыба и млекопитающие. То есть от негативного воздействия углеводородов не спасается никто. А, кроме того, такие пятна «путешествуют», сохраняя свои отравляющие способности на большие расстояния и длительное время.
Научно-технический прогресс принес такие виды загрязнений, которые не были известны природе. Они получили название ксенобиотики. Это хлорсодержащие углеводороды, применяемые для борьбы с вредителями в сельском и лесном хозяйстве. Для этих веществ нет переработчиков, потому они не разлагаются и накапливаются. Попадая в организмы животных, они оказывают влияние на наследственность. Не находят своих «разрушителей» и радиоактивные вещества, а также обычные и привычные пластиковые бутылки и пакеты. В Саргассовом море уже образовался целый «полиэтиленовый» остров.
Экологические проблемы гидросферы неразрывно связаны с проблемами воды, и, тем не менее, они несколько шире. Смыкаясь с литосферой и атмосферой, она подвергается воздействиям загрязняющих элементов, находящихся в них. В свою очередь, сама «делится» с соседями. Таким образом, можно говорить о круговороте загрязняющих веществ в природе. Тем более он постоянно поддерживается деятельностью живых организмов, мигрирующих между этими слоями биосферы, обмениваясь между собой и окружающей средой органическими веществами и продуктами жизнедеятельности.
Загрязняя одно, мы загрязняем и все остальное. Биосфера настолько четко отлажена, что, пожалуй, в данной ситуации работает себе не в плюс, а в минус. За миллиарды лет она не сталкивалась с тем, что воздействие на нее может происходить не снаружи, как обычно, а изнутри. Как система должна отреагировать на вызов в этом случае? При внешнем воздействии, она сопротивлялась, адаптировалась и, наконец, стабилизировала себя. Может быть, на негативные воздействия изнутри, она будет реагировать путем уничтожения источника? В памяти человечества есть история о ледниковом периоде и всемирном потопе.
Видео — Вода. Новое измерение.
Вода — это самый ценный природный ресурс. Ее роль — участие в процессе обмена всех веществ, которые являются основой любой жизненной формы. Невозможно представить себе деятельность промышленных, сельскохозяйственных предприятий без использования воды, незаменима она в бытовой жизни человека. Вода необходима всем: людям, животным, растениям. Для кого-то она является средой обитания.
Бурное развитие жизнедеятельности людей, нерачительное использование ресурсов привело к тому, что э кологические проблемы (загрязнение воды в том числе), стали слишком острыми. Их решение стоит у человечества на первом месте. Ученые, экологи всего мира бьют тревогу и пытаются найти решение мировой проблемы дефицита пресной воды.
Источники загрязнения воды
Причин загрязнения достаточно много, и не всегда виной этому человеческий фактор. Природные катаклизмы также наносят вред чистым водоемам, нарушают экологическое равновесие.
Самыми распространенными источниками загрязнения воды считаются:
испытания ядерного оружия;
сбросы радиоактивных отходов;
крупные аварии (суда с атомными реакторами, ЧАЭС);
захоронения на дне океанов, морей радиоактивных отходов.
Промышленные, бытовые сточные воды. Не прошедшие систему очистки от химических вредных веществ, они, попадая в водоем, провоцируют экологическую катастрофу.
Третичная очистка. Вода обрабатывается порошками, специальными составами, многоэтапно фильтруется, убивая вредные организмы и уничтожая другие вещества. Используется для бытовых нужд граждан, а также в пищевой промышленности, в сельском хозяйстве.
Экологические проблемы - радиоактивное загрязнение воды
К основным источникам, которые загрязняют Мировой океан, относятся следующие радиоактивные факторы:
Экологические проблемы и загрязнение воды в том числе напрямую связаны с заражением Например, французские и английские атомные заводы заразили практически всю Северную Атлантику. Наша страна стала виновницей загрязнения Северного Ледовитого океана. Три атомных подземных реактора, а также производство Красноярск-26 засорили крупнейшую реку Енисей. Очевидно, что радиоактивные продукты попали в океан.
Загрязнение мировых вод радионуклидами
Остро стоит проблема загрязнения вод Мирового океана. Кратко перечислим самые опасные радионуклиды, попадающие в него: цезий-137; церий-144; стронций-90; ниобий-95; иттрий-91. Все они обладают высокой биоаккумулирующей способностью, переходят по пищевым цепочкам и концентрируются в морских организмах. При этом создается опасность как для человека, так и для гидробионтов.
Акватории арктических морей подвергаются сильным загрязнениям различных источников поступления радионуклидов. Люди беспечно сбрасывают опасные отходы в океан, тем самым превращая его в мертвый. Человек, наверно забыл, что океан — это главное богатство земли. Он обладает мощными биологическими и минеральными ресурсами. И если мы хотим выжить, необходимо срочно принимать меры по его спасению.
Пути решения
Рациональное потребление воды, охрана от загрязнений — главные задачи человечества. Пути решения экологических проблем по загрязнению вод ведут к тому, что прежде всего большое внимание следует уделять сбросам опасных веществ в реки. В промышленных масштабах необходимо усовершенствовать технологии по очистке сточных вод. В России необходимо ввести закон, который бы повышал взимание платы за сбросы. Вырученные средства должны направляться на разработку и сооружение новых экологических технологий. За наименьшие выбросы плату нужно снижать, это будет служить мотивацией к сохранению здоровой экологической обстановки.
Большую роль в решении экологических проблем играет воспитание подрастающего поколения. С ранних лет необходимо приучать детей к уважению, любви к природе. Внушать им, что Земля — наш большой дом, за порядок в котором ответственен каждый человек. Воду необходимо беречь, не лить ее бездумно, стараться, чтобы в канализацию не попадали посторонние предметы и вредные вещества.
Заключение
В заключение хочется сказать, что экологические проблемы России и загрязнение воды волнуют, пожалуй, каждого. Бездумное расточительство водных ресурсов, захламление рек различным мусором привело к тому, что в природе осталось совсем немного чистых, безопасных уголков. Экологи стали намного бдительнее, принимаются множественные меры по восстановлению порядка в Если каждый из нас задумается о последствиях нашего варварского, потребительского отношения, положение можно исправить. Только сообща человечеству удастся спасти водоемы, Мировой океан и, возможно, жизнь будущих поколений.
