2015-07-21
930Главным потребителем воды на Земле является человечество. Не случайно все великие цивилизации древности возникали и развивались вблизи воды, в больших речных долинах. Не существовало ни одной великой цивилизации в местности, лишенной воды. Вода – главный хранитель и распорядитель на нашей планете солнечной энергии, главный творец климата, ежедневной погоды, аккумулятор тепла, и что особенно важно, необходимейшее условие жизни на планете.
Из общего количества воды на Земле столь нужная для человечества пресная вода составляет немногим более 2% общего объема гидросферы, или примерно 28,25 млн. км3.
Основная часть пресных вод (около 70%) заморожена в полярных льдах, вечной мерзлоте, на горных вершинах. Воды в реках и озерах составляют лишь 3% суши, или 0,016% общего объема гидросферы. Такие образом, воды, пригодные для всех видов использования, составляют ничтожную часть общих запасов воды на Земле. Проблема усложняется и тем, что распределение пресной воды по земному шару крайне неравномерно. В Европе и Азии, где проживает 70% населения. Сосредоточено лишь 39% речных вод.
Проблема недостатка пресной воды возникла по следующим основным причинам (Степановских, 2001):
1. Интенсивное увеличение потребностей в воде в связи с быстрым ростом народонаселения планеты и развитием отраслей деятельности, требующих огромных затрат водных ресурсов.
2. Потери пресной воды вследствие сокращения водоносности рек и других причин.
3. Загрязнение водоемов промышленными и бытовыми стоками.
Источник, вносящий в поверхностные или подземные воды различные вредные вещества, микроорганизмы или тепло, называется источником загрязнени я, (Степановских, 2001) Природные воды могут быть загрязнены самыми различными примесями, которые разделяют с учетом их биологических и физико-химических свойств на группы:
- вещества, растворяющие в воде и находящиеся там в молекулярном или ионном состоянии (газы: кислород, азот, диоксид углерода, сернистый газ и др.; растворимые соли натрия, калия, кальция, аммония, алюминия, железа, магния, марганца и др.). Их наличие можно установить с помощью химического анализа, потому что растворенные примеси не задерживаются ни песчаными, и бумажными фильтрами;
- примеси, образующие с водой коллоидные системы и взвеси. Коллоидные системы образуются из практически нерастворимых веществ. Они задерживаются мембранами – тонкими пленками из коллодия или бычьего пузыря. В коллоидном состоянии могут находиться вещества минерального и органического происхождения. При длительном отстаивании частицы песка, глины, образующиеся в воде взвеси, способны осаждаться.
Вода может иметь загрязнения биологического характера: бактерии, вирусы, водоросли, простейшие, черви и т.д.
В 90-х гг. ХХ в. антропогенное загрязнение природных вод стало носить глобальный характер и существенно сократило доступные эксплутационные ресурсы пресной воды на Земле. Основными источниками загрязнения являются промышленные и коммунальные канализационные стоки, смыв с полей части почвы, содержащей агрохимикаты, дренажные воды систем орошения, стоки животноводческих ферм, попадание в водоемы с осадками и ливневыми стоками аэрогенных загрязнений.
Среди загрязнителей наибольшую опасность представляют фенолы, нефть и нефтепродукты, соли тяжелых металлов, радионуклиды, пестициды и другие органические яды, биогенная органика, насыщенная бактериями, минеральные удобрения и т.д. общая масса антропогенных загрязнителей гидросферы достигла 15 млрд. т в год. Большая часть этих загрязнений приходится на реки, где средняя их концентрация достигла 400 мг/л.
Изменение рН водной среды в результате загрязнения оказывает отрицательное влияние на организмы. У пресноводных озер и рек рН воды обычно 6-7, организмы адаптированы именно к этому уровню. Изменение реакции среды всего на одну единицу рН по сравнению с оптимумом приводит в большинстве случаев к стрессу, а нередко к гибели организмов. Подкисление озер и рек влияет и на сухопутных животных, так как многие птицы и звери входят в состав пищевых цепей, начинающихся в водных экосистемах.
Сброс канализационных стоков, особенно неочищенных или недостаточно очищенных, оказывает отрицательное влияние на круговорот органического вещества в водоеме, грозит опасностью инфекционных заболеваний, в первую очередь человека (Бауэр Л., Вайничке, 1971).
Биогены, поступающие в водоемы со сточными водами и смываемыми с полей удобрениями, стимулируют рост фитопланктона, водорослей. Данный процесс называется эвтрофикацией. Под влиянием водорослей изменяется вкус воды, приобретается неприятный запах. В водоеме при отмирании водорослей развиваются гнилостные процессы. Бактерии, окисляющие органические вещества водорослей, потребляют кислород, создавая тем самым его дефицит в водоеме. Вода начинает гнить, испускать аммиачное и метановое зловоние, на дне скапливаются черные липкие сероводородные отложения. В процессе разложения отмирающие водоросли выделяют также фенол, индол и другие ядовитые вещества. От недостатка кислорода, пищи и убежищ гибнут рыба, моллюски, ракообразные. Вода в таких водоемах становится непригодна для питья и даже для купания (Небел, 1993)
Другим токсикантом, мигрирующим в пищевых цепях, является ртуть. Ртуть поступает в природные воды из многих источников. Во время дождя ртуть вымывается из воздуха, куда она попадает при сгорании ископаемого топлива, дождевая вода смывает в водоемы, содержащие ртуть пестициды. Ртуть попадает в водоемы с промышленными сточными и бытовыми водами, а также в результате утечек со свалок, куда выбрасываются отработанные элементы питания, переключатели и другое оборудование. Далее ртуть, попавшая в озеро много лет назад, накапливается в слоях донных отложений, где она медленно превращается бактериями в ядовитую метиловую ртуть и затем включается в пищевые цепи. Таким образом, при попадании соединений ртути в водные экосистемы происходит ее трансформация и биологическое накопление, например в рыбе и моллюсках до уровней во много раз более высоких, чем в воде озера.
Другой вид загрязнения природных вод – тепловое. Промышленные предприятия, электростанции нередко сбрасывают в водоемы (водохранилища) подогретую воду, приводящую к повышению в них температуры. В водоемах с повышением температуры уменьшается содержание кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие, происходит смена видового состава организмов, например, водорослей. С повышением температуры в загрязненной воде наблюдается бурное размножение болезнетворных микроорганизмов и вирусов.
Большую озабоченность вызывает загрязнение Мирового океана. В последние годы загрязнение Мирового океана и многих морей приняло угрожающие размеры. В морские и океанские экосистемы попадает в год свыше 10 млн. т нефти при ее транспортировке. Во время катастроф нефтеналивных танкеров.
Озабоченность вызывает загрязнение морей, окружающих Европу: Балтийского, Северного, Средиземного, Черного, Каспийского, где антропогенная нагрузка очень значительна, а сменяемость массы воды происходит сравнительно медленно. Так, только в Средиземное море ежегодно выбрасывается 120 т минеральных масел, 100 т ртути, 3800 т олова, 2400 т хрома, 21000 т цинка и еще десятки других вредных веществ (Степановских, 2001).
В конце ХХ века возникла опасность загрязнения вод Мирового океана и морей радиоактивными отходами, пестицидами. Пестициды и другие вредные вещества, в первую очередь ядохимикаты, под влиянием течений распространяются довольно быстро. Они обнаруживаются в различных районах Балтийского, Северного, Ирландского морей, в Бискайском заливе, у западных побережий Англии, Исландии, Португалии, Испании. Это отрицательно сказывается на живых организмах, особенно на рыбных запасах. Все больше загрязняются моря промышленными отходами и сточными водами, содержащими значительное количество органических веществ. Нередко реки играют роль продолжения канализации и выносят большую часть стоков с моря. Отходы, попавшие в воды морей, частично оседают на дно, частично разрушаются, но при этом они губят большое количество живых организмов. Особенно страдает планктон. На него воздействуют все поверхностные загрязнители - поверхностно-активные вещества, масла, пленки нефтепродуктов и т.д.
Однако проблемы, связанные с загрязнением морей и океанов, остаются нерешенными.
Важнейшую роль в координации международной деятельности по охране Океана играет программа ООН по окружающей среде. Одной из программ глобального мониторинга является мониторинг Океана, который включает:
- наблюдения за природными явлениями и процессами в Океане и их изменениями в результате антропогенного воздействия;
- оценку состояния Океана;
- прогноз изменений.
При участии экспертов ООН по окружающей среде подготовлен ряд международных документов, которые уже используются в международном праве и практике. К таким документам относятся:
1. Конвенция по морскому праву, которую подписали 159 стран мира. В результате 35% Мирового океана перестали быть источниками растущих конфликтов между государствами. Конвенция определила акватории, которые имеют национальную юрисдикцию. И эти государства несут ответственность перед мировым сообществом за их охрану. Примерно 45% Океана объявлены общим достоянием человечества, и всякая добыча на этих территориях должна осуществляться под контролем Международного органа по морскому делу;
2. Конвенция по предотвращению загрязнения Океана сбросами отходов, вступившая в силу 30 августа 1975 г. Она регламентирует сбросы следующим образом: а) запрещение сброса чрезвычайно опасных веществ, включая радиоактивные; б) сброс ряда веществ только по предварительному специальному разрешению; в) сброс менее опасных веществ с разрешения национальных органов власти.
3. Соглашение о запрещении коммерческой добычи китов (1985 г.). Осуществляется также программа сотрудничества в отношении региональных морей. По ней работают 130 государств.
Вода обладает чрезвычайно ценным свойством непрерывного самовозобновления под влиянием солнечной радиации и процессов самоочищения. Оно заключается в перемешивании загрязненной воды со всей ее массой и в дальнейшем минерализации органических веществ и отмирании внесенных бактерий. Агентами самоочищения являются практически все организмы, обитающие в водной сред. Однако следует учитывать, что для обеспечения самоочищения загрязненных вод необходимо их многократное разбавление чистой водой. При сильном загрязнении самоочищения воды не происходит. В этих случаях необходимы специальные методы и средства для очистки загрязнений, поступающих со сточными водами, с отходами сельскохозяйственного производства.
Сточные воды очищаются механическим, физико-химическим, биологическим и другими методами. Для ликвидации бактериального загрязнения применяется обеззараживание, или дезинфекция, сточных вод.
Сущность механического метода заключается в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. В зависимости от размеров грубодисперсные частицы улавливаются решетками и ситами различных конструкций, а поверхностные загрязнения – нефтеловушками, маслоуловителями, смолоуловителями и т.д. Механической очисткой можно достигнуть выделения из бытовых сточных вод до 60% нерастворимых примесей, а из производственных – до 95%.
Физико-химическая очистка состоит в добавлении к сточным водам химических реагентов, вступающих в реакцию с загрязняющими веществами и способствующих выпадению нерастворимых и частично растворимых веществ. В качестве сорбентов применяют естественные и искусственные материалы. Из физико-химических методов широко применяется очистка воды от загрязнителей хлорированием. Физико-химический метод очистки дает возможность уменьшить количество нерастворенных загрязняющих веществ сточных вод до 95% и растворенных до 25%.
Загрязненные сточные воды очищают также электролитическим методом (пропускание электрического тока через загрязненные воды), с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления.
Механический и физико-химические методы являются первыми этапами очистки сточных вод, после чего они направляются на биологическую очистку.
Метод биологической очистки заключается в минерализации органических загрязнений сточных вод при помощи аэробных биохимических процессов. После биологической очистки вода становится прозрачной, не загнивающей, содержащей растворенный кислород и нитраты.
Выбор схемы очистки в конкретных условиях определяется показателями очищаемых вод. Возможностью утилизации и повторного использования очищенной воды для нужд производства. Отдельные виды промышленных сточных вод нуждаются в захоронении. Предоставление недр для захоронения вредных веществ, отходов производства и сброса сточных вод допускается в исключительных случаях и при соблюдении специальных требований.
Стратегия эффективного и неразрушительного для природной среды водопользования диктует и тактику современной водохозяйственной деятельности: научное обоснование и долгосрочное прогнозирование водного хозяйства города, области, региона и связанных с этим изменений в природной среде; оптимальное планирование и последовательное осуществление разумного водохозяйственного строительства; системный подход к решению вопросов. Значительную и весьма положительную роль в осуществлении этих задач играют математическое моделирование, мониторинг и прогнозирование.
Проблема обеспечения населения качественной питьевой водой определена как одна из ключевых в стратегии устойчивого развития человечества на конференции ООН в Рио-де-Жанейро (июнь, 1992 г.). В стратегии охраны природы отмечается, что здоровье человечества в планетарном масштабе будет зависеть от качества используемых пресных вод.
