Проблема загрязнения, или качественного истощения вод

С тех пор, как потребности человека в воде вышли за пределы чисто биологических, он стал выступать как существенный фактор загрязнения вод. Загрязнению подвержены все категории вод: океа­нические, континентальные, подземные, хотя и в разной степени.

Качество вод, особенно пресных, стало одним из важнейших факторов здоровья населения. Всемирная организация здравоох­ранения (ВОЗ) отмечает, что на планете от низкого качества воды ежегодно умирает около 5 млн. человек (в основном детей), а по­лучают различной степени отравления или заболевания от 500 мил­лионов до 1 миллиарда человек.

Основные показатели качества вод и их химический состав. Все воды содержат растворенные вещества. Наиболее представлен­ными элементами в воде являются кальций, натрий, хлор, калий. Ха­рактерно, что набор химических элементов в воде близок к их составу в крови животных и человека. Это, по-видимому, является одним из подтверждений зарождения жизни в водной среде (табл.22).

Для оценки качества вод используются предельно допу­стимые концентрации (ПДК). В нашей стране они разработаны более чем для 200 веществ. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует свои ПДК. Кроме химических, при оценке качества питьевой воды исполь­зуются бактериологические и органолептические критерии.

Бактериологическое состояние воды оценивается: 1) через об­щее число бактерий в воде, оно не должно превышать 100 в одном миллилитре воды, и 2) через количество бактерий группы кишеч­ной палочки. К органолептическим показателям относятся запах, цветность, мутность и привкус.

Важный показатель качества вод - наличие в них кислорода. В пря­мой зависимости от его содержания находится жизнь гидробионтов (аэро­бов) и способность вод к самоочищению. Кислородообеспеченность обычно выражается через показатель биологического потребления кис­лорода (ВПК). Под ВПК понимают количество кислорода, кото­рое расходуется для разложения (окисления) содержащихся в воде веществ, способных участвовать в биохимических процес­сах. Для определения ВПК обычно создаются стандартные условия для жизнедеятельности микроорганизмов. Потребление кислорода при этом, как правило, измеряется в одном литре воды за 5 дней (БПК5). Чем больше потребление кислорода, тем сильнее загрязнена вода орга­ническими и другими биодеградируюшими веществами.

В водах появляется все больше веществ, которые не подда­ются биологическому разложению (например, органические ра­створители) и поэтому не фиксируются показателем ВПК. Их содержание оценивается через химическое потребление кислоро­да (ХПК). Этот показатель определяется посредством реакций проб воды с сильными окислителями, например бихроматом калия. Обычно разрешается сбрасывать воду в водоемы в тех случаях, если ХПК ее не превышает 100 мг/л. Отношение ВПК к ХПК характеризует степень способности воды к самоочищению. Если это отношение равно единице, самоочищаемость оценивается как максимальная (биологическим путем раз­рушается практически весь спектр загрязняющих веществ). Различают первичное и вторичное загрязнение вод. Первичное свя­зано с поступлением в водоемы различных загрязняющих веществ. Вторичное - обычно является следствием цепных реакций, проте­кающих под воздействием первичных загрязнителей.

Важнейшие первичные загрязняющие вещества, источники их поступ­ления и следствия для водных экосистем и человека: продукты эрозии почв, минеральные удобрения, ядохимикаты и другие вещества, которые могут поступать в водоемы с водосборных бассейнов. Значительное количество загрязняю­щих веществ приносят атмосферные осадки. Велика доля загрязнения вод канализационными стоками, мусором, отходами предприятий, вод­ным транспортом. К сожалению, люди до настоящего времени не смог­ли отказаться от принципа - «водные системы - конечное звено кана­лизации».

На планете в настоящее время практически не осталось поверхно­стных пресных вод, которые в той или иной степени не были бы заг­рязнены человеком. Обманчиво представление о чистоте северных вод. Меньшее загрязнение этих вод нередко компенсируется их сла­бой способностью к самоочищению в силу бедности жизнью и низких температур. До недавнего времени существовало представление о неисчерпаемой самоочищающей способности океа­на. С момента осознания человеком глобальности экологических про­блем от этой, как и от других иллюзий, приходится отказываться. Ста­новится ясным, что океан не может быть всемирной свалкой.

К числу наиболее опасных и распространенных загрязняющих веществ относится нефть и нефтепродукты. Имеются данные, что в настоящее время загрязнено около 1/5 акватории океана, в воды ежегодно попадает от 30 до 50 млн. тонн нефти, а каждая тонна ее способна покрыть пленкой до 12 км2 воды. Содержание нефти даже в количестве 0,05 мг/л делает воду не­пригодной для питья, а при концентрации 0,5 мг/л погибают многие виды организмов, связанных с водной средой. Из-за запаховых яв­лений изменяются пути миграции рыб и других организмов. Особенно чувствителен к нефтяным и другим загрязнениям план­ктон. Гибель его лишает возможности существования многие дру­гие организмы. Нефтяная пленка сильно изменяет отражательную способность водной поверхности (альбедо), является причиной изменения теп­лового баланса и глобальных тепло- и влагопереносов. Температу­ра изменяется также в результате ускоренного таяния льда, заг­рязненного нефтью и другими веществами. Значительное количе­ство нефти выбрасывается на берег. Здесь она губит прибрежные экосистемы, играющие важную роль при очистке воды. Разрушен­ные экосистемы долго не восстанавливаются. Часть нефти, впи­тываясь в грунты, попадает в грунтовые воды, а затем в результа­те круговорота вод вновь возвращается в источники. Длительно не разлагающиеся нефтепродукты попадают в океанические течения и переносятся на большие расстояния.

Сельское хозяйство как загрязнитель вод. В земледельчес­ких районах сельское хозяйство является основным загрязнителем воды. Воды загрязняются продуктами разрушения почв, удобре­ниями и ядохимикатами, смываемыми с полей, животноводчески­ми комплексами.

Тепловое загрязнение вод. Этот вид загрязнения является следствием, как водопотребления, так и водопользования. Важней­шим поставщиком подогретых вод являются тепловые и атомные электростанции, а также другие объекты, где вода используется как охлаждающий агент. Получение каждого миллиона киловатт энергии на тепловых электростанциях сопряжено с подогревом 1,5-2 км2 воды. Тепловое загрязнение вод происходит также непосредственно в водоемах. Особенно интенсивен этот процесс на мелководных ча­стях водохранилищ, где создаются условия для интенсивного про­грева воды. Такие явления наиболее типичны для равнинных водо­хранилищ с пологими берегами.

Эвтрофикация вод

Под эвтрофикацией вод понимают обогащение их биогенными элементами, особенно азотом и фосфором или веществами, их содержащими. Эвгрофикация (греч. эу - хорошо, трофе _ питание) - богатое питание вод. Следствие эвтрофикации - интенсивный рост водорослей и других растений, накопление в водоемах органических веществ и других продуктов отмирания организмов. Это создает условия для уве­личения численности организмов-редуцентов, питающихся мертвым органическим веществом и разлагающих его до исходных минераль­ных элементов и углекислого газа. Редуценты в процессе жизнедея­тельности интенсивно поглощают кислород. Конечный результат та­ких явлений - обескислороживание водной среды и замена аэробных (с участием кислорода) процессов на анаэробные, протекающие в бескислородной среде. Результат анаэробных процессов- выделе­ние в среду сероводорода, метана и других ядовитых загрязняющих веществ. Таким образом, обогащение вод необходимыми для жизни химическими элементами вызывает вторичный крайне отрицатель­ный экологический и санитарно-гигиенический эффект.

Отрицательные следствия эвтрофикации вод усиливаются при их тепловом загрязнении. Последнее способствует ускоренному обеднению воды кислородом как в результате его меньшей растворимости по мере повышения температуры, так и вследствие ин­тенсификации биохимических процессов. Эвтрофикация вызывается как природными, так и антропогенными факторами. Антропогенной эвтрофикации в настоящее время подвержены прак­тически все внутренние водоемы и некоторые моря. Основными факторами ее являются минеральные удобрения, а в ряде случаев моющие средства, компоненты которых- поверхностно-активные вещества (ПАВ) изготавливаются на фосфорной основе.

Источниками эвтрофикации вод являются также бытовые и про­мышленные стоки, животноводческие комплексы, подогретые воды, рекреационные воздействия, преобразования текущих вод в сто­ячие и другие результаты человеческой деятельности.

Некоторые пути решения проблемы дефицита воды

Мероприятия по предотвращению количественного ис­тощения вод. К числу важнейших мероприятий такого плана относятся экономное расходование и территориальное перераспреде­ление вод. В их числе:

- использование водосберегающих технологий (они же энерго­сберегающие);

- переход на многократное использование воды в производствен­ных условиях (замкнутые или оборотные циклы);

-исключение из использования в производственных процессах той же воды, которая подается для питьевых целей. Это относится прежде всего к подземным водам с их высокими качественными характеристиками;

- раздельная подача воды (разные краны) для питья, приготов­ления пищи и для санитарно-бытовых целей; повторное использо­вание воды, например, после ванн в смывных бачках;

- использование совершенной водораспределительной армату­ры (краны, сливные бачки и т. п.), которая исключает утечки, обеспечивает дозированную подачу воды (например, вместо сплошной струи прерывистую и т. п.);

- уменьшение или исключение потерь воды при подаче ее потребителям или при отведении после использования.

- установление экономически обоснованной цены на воду; она должна быть такой, чтобы тем самым побуждать к ее экономии. При установлении реальной, а не символической цены на воду потребление ее обычно сокращается в 1,5-2 раза;

-уменьшение безвозвратных потерь воды за счет организации хозяйства таким образом, чтобы вода в меньшей мере уходила за пределы тех водосборов, где она изымалась.

Велики возможности экономии воды в орошаемом земледелии и преж­де всего за счет использования совершенных технологий и новых мето­дов полива. Региональные проблемы дефицита воды можно решать за счет ее подачи из других систем по каналам, водоводам и т.п. Такие мероприятия требуют серьезного экологического обоснования.