Значение воды

Гидросфера — это оболочка Земли, состоящая из вод (материковых и океанических), находящихся на поверхности плане­ты. Водные пространства, или акватории, зани­мают 70,8% поверхности земного шара. Кроме того, суша вклю­чает 3% материковых вод (реки, озера), 4 — болот и заболо­ченных земель, 11% — ледников. Итого, на долю чистой суши приходится не более 27% от поверхности земного шара.

Вода является одним из важнейших природных ресурсов на нашей планете. Тело взрослого человека на 60—70% состоит из воды. Ее нормальная суточная потребность составляет около 2,5 л, а при отсутствии воды люди могут погибнуть уже через 5 дней.

Вода принимает участие в основных физиологических процессах как у животных, так и у растений.

Она оказывает огромное влияние на формирование кли­мата на планете. Благодаря круговороту воды происходит выпадение осад­ков, образуются воздушные потоки, обеспечивается жизне­деятельность растений. Теплые водные течения могут оказывать прямое влияние на состояние микроклимата местности.

Вода растворяет и переносит неорганические вещества, способствует осаж­дению пород и формированию плодородной почвы.

Уже сегодня дефицит пре­сной воды наблюдается более чем в 50 странах мира, а в ближайшие 30—50 лет ситуация ухудшится. Поэтому охрана поверхностных вод от загрязне­ния, их рациональное использование являются актуальней­шей задачей.

Водные ресурсы Земли составляют примерно 1,5 млрд км³. Вместе с тем свыше 96 % поверхностных вод, преиму­щественно морей и океанов, — это соленые воды. Они не­пригодны для питья и не всегда соответствуют даже запро­сам промышленного производства. Из оставшегося количе­ства свыше 70 % воды заморожено в ледниках, крупней­ший из которых, Антарктида.

Таким образом, на долю наиболее доступной пресной воды рек и озер приходится не более 0,2—0,3 % от всех ее грандиозных запасов на планете.

Значительное количество воды сосредоточено в недрах Земли. По разным оценкам, объем подземных вод составляет от нескольких сот до миллиарда км³. Однако эта вода по большей части залегает на значительных глубинах, представлена в основном солеными водами и потому также мало доступна для использования.

В свою очередь объемы использования воды постоянно возрастают.

В мировом масштабе основной потребитель воды — это сельское хозяйство: На его долю приходится около 65% от всех потребляемых на планете вод, которые главным обра­зом используются для полива сельскохозяйственных куль­тур. Доля промышленности составляет 24 %, и на коммунальные нужды используется около 7 %. 4 % — это резервный фонд. Однако в развитых странах основным потребителем водных ресурсов является именно промыш­ленность. Например, в Скандинавских странах на промыш­ленные нужды используется до 70 % воды. Для получения 1 т хлопчатобумажного волокна потребляет­ся 250 м³ воды, 1 т синтетического волокна — уже пример­но в 10 раз больше, 1 т чугуна — 150 м³, искусственного каучука — 3000 м³ и т.д.

Масштабы использования воды резко возросли в эпоху индустриализации и бурного усиления темпов промышлен­ного роста. В результате, если в 1900 г. мировая промышленность по­требляла всего лишь 30 км³ в год, то уже в 1975 г. 630, а в 2015 г., по прогнозам, объемы использования воды соста­вят 2750 км³.

Расход воды в сельскохозяйственном производстве так­же значительный. Для производства 1 кг зерна потребляется около 750 л воды, 1 кг картофеля — 1500 л, 1 т молока — 5 т воды и т.д.

В коммунально-бытовой сфере каждый человек в сред­нем потребляет на свои нужды около 150—250 л воды. В сельской местности водопотребление, как правило, ниже, в городах более высокое. Сниже­ние удельного водопотребления — это одна из актуальней­ших задач экологии.

В целом потребление воды на планете составляет около 4000км³.

Наша страна относится к регионам, достаточно хорошо обеспеченным водой. Одним из основных показателей, ха­рактеризующих ресурсы поверхностных вод, является сум­марный средний поверхностный сток за год в расчете на 1 млн жителей. В Беларуси он составляет 5,8 км³, а средне­мировой уровень — около 4.

Реки Беларуси принадлежат к бассейнам двух морей: Чер­ного — 56% территории и Балтийского — 44%. Общее количество рек превышает 20 тыс., их суммарная протяженность составляет более 90 тыс. км. Статус крупных в соответствии с площадью водосбора имеют семь рек: Запад­ная Двина, Неман, Вилия и Сож, Припять, Днепр, Березина.

Неравномерность стока по годам компенсируется запа­сом поверхностных вод в озерах и искусственных водохра­нилищах. В Республике Беларусь около 11 000 тыс. озер. Об­щая суммарная площадь составляет более 2 тыс. км², объем запасов воды — 6—7 км³. Более 75% всех озер относятся к малым, их площадь не превышает 0,1 км². Самые большие Нарочь, Освейское и Червоное.

Количество крупных искусственных водохранилищ в Рес­публике Беларусь — 136.

Ресурсы пресных подземных вод нашей страны составля­ют 15,9 км³ в год, а среднегодовое потребление воды в рес­публике — около 2 км³.

Таким образом, обеспеченность водными ресурсами на­шей республики выше среднемирового показателя. Имею­щиеся водные ресурсы полностью покрывают потребности развития хозяйственной деятельности при условии осуще­ствления мероприятий их защиты от загрязнения, сохране­ния и рационального использования.

Основным потребителем воды в республике является жилищно-коммунальное хозяйство (43% общего потребле­ния), промышленность забирает 30% и около 26% — сель­ское хозяйство.

Следует отметить, что по уровню потребления воды на душу населения (примерно 220 л на человека в сутки) Бе­ларусь значительно превосходит такие страны, как Герма­ния, Швеция, Норвегия и т.д., где вопросы экономии вод­ных ресурсов являются одними из приоритетных Причинами сложившейся ситуации являются потери воды при транспортировке (около 6 %) и ее неэкономное расхо­дование в быту.

Проблема дефицита пресной воды [5]

Возможность использования пресной воды была одним из главных условий (предпосылок) зарождения цивилизации, су­ществования людей и развития любых производств. Для своих поселений человек издревле выбирал места вблизи водотоков. Все крупные города (да и большинство малых) основаны в непо­средственной близости к водным источникам — рекам. Пути расселения человека по Земле также оказались путями воды. За­селение материков начиналось с рек. Вода всегда была важней­шим и самым дешевым транспортным путем.

Около 3—4 тысячелетий назад в плодородном междуречье Тигра и Евфрата люди начали сеять зерно. Именно это место считается одним из древнейших очагов цивилизации на планете. Здесь развивались государства Ассирия, Вавилония, Шумер. Уже тогда наши предки осознали: вода — это жизнь. Точно так же на жирных наносных почвах, образованных Индом и его притока­ми, выросла древняя индийская культура, а возникновение ки­тайского земледелия принято связывать с рекой Вэйхэ — прито­ком Хуанхэ.

Африка, где недостаток воды сказывается особенно сильно, также дала миру древнюю цивилизацию — египетскую. По бере­гам Нила возник созданный человеком оазис. В высшей степени практичные египтяне начали отмечать высоту паводка на Ниле за 3 тыс. лет до нашей эры. Сами паводки египтян не интересо­вали, но высота воды показывала, какая площадь будет затопле­на, а это давало возможность определить величину налогов с урожая. В жизни древних египтян Нил играл настолько боль­шую роль, что деление года на периоды проводилось ими с уче­том состояния реки. Год начинался среди лета, когда разливался Нил, и делился на три сезона: сезон наводнения, сезон роста и сезон уборки урожая при самой низкой воде.

Человечеству для жизни нужна не просто вода, не любая вода, а пресная и определенного качества. А ее очень и очень мало. Не следует забывать, что из каждых 100 л воды на Земле 97 л имеют соленый вкус. Современные исследования показали, что суммарные запасы всех видов пресных вод суши — рек, озер, подземных и снежно-ледниковых ресурсов — не превышают 2,5 % общего количества воды на Земле. Запас воды в реках и озерах оценивается в 95 000 км³, т.е. всего 0,26 % суммарных ре­сурсов пресных вод, или 0,007 % общих запасов воды на Земле.

Недостаток воды и ее плохое качество влияют на здоровье людей. Некоторые наиболее опасные заболевания встречаются именно в местах, где затруднен доступ к источникам чистой воды.

Проблема питьевой воды связана с проблемой использова­ния ее для получения продуктов питания. Сельское хозяйство требует больших водных затрат. А если добавить сюда такого по­требителя воды, как промышленность, то становится понятным, почему медленно, но верно запасы пресных вод на планете исся­кают. Если в начале XX в. промышленность потребляла всего 30 км³ воды в год, то к 1975 г. водопотребление возросло до 630 км, а к 2015 г. оно достигнет 2750 км³ в год.

Насколько велики потребности в воде в промышленности и сельском хозяйстве, можно судить по следующим цифрам. Для производства сахара из 1 т сахарной свеклы требуется 0,5—6 м³ воды, 1 т бумаги— 1,5-60 м³, 100 л пива — 5—21 м³, для дубления 1 т сырой кожи — 20—50 м³, 1 т пряжи — до 200 м³, для выработ­ки 1 т капронового волокна — 5,6 тыс. м³, 1 т стали — 25 тыс. л, для выпуска одного автомобиля — 300 тыс. л, для орошения 1 га посевов хлопка — 5-6 тыс. м³, 1 га риса — 15—20 тыс. м³.

Растущие города требуют свою долю живительной влаги. Для обеспечения потребности в воде современного города с мил­лионным населением необходимо по крайней мере 0,5 млн м³ воды в сутки из расчета 0,5 м³ на человека. Обычно город сталки­вается с триединой проблемой: снабжение водой, отвод сточных вод и пополнение запасов воды. Уже сейчас из-за загрязнения природных вод многие города вынуждены пополнять водные за­пасы из источников, находящихся на большом удалении от них, либо бурить глубокие водозаборные скважины. Все это требует огромных средств.

И, может быть, все было бы не так плохо, если бы вода, ко­торую человек использует или планирует использовать, была чистой. Однако острота проблемы усугубляется тем, что качество ресурсов пресных вод постоянно снижается. Водные объекты интенсивно загрязняются сточными водами и различными отхо­дами.

Если учесть все сказанное, можно прийти к довольно пе­чальному выводу: в первой четверти XXI в. водные ресурсы на нашей планете будут близки к исчерпанию. В отдельных же стра­нах, регионах и речных бассейнах источники воды могут быть исчерпаны значительно раньше. Поэтому решение водной про­блемы должно вестись по трем главным направлениям: ограни­чение эксплуатации подземных запасов вод, экономия воды путем более эффективной ее доставки и регламентирования потребле­ния, а также возрождение некогда чистых, а теперь загрязненных естественных водоемов.

Загрязнение водных источников [10]

Вследствие возросшего потребления воды и постоянно усиливающегося загрязнения пресноводных источников в частности рек, ситуация с водой во многих районах мира ухудшается. В развивающихся странах по меньшей мере пя­тая часть городского населения и около трех четвертей сель­ского не имеют доступа к подлинно безопасным источни­кам воды.

В Республике Беларусь около 50% источников так назы­ваемого нецентрализованного водоснабжения (криниц, ко­лодцев и т.д.) и около 25% централизованного по содержа­нию загрязняющих соединений не соответствуют нормам.

Виды загрязнения воды:

Химическое загрязнение обусловливается наличи­ем в воде примесей, имеющих химическое происхождение, в основном в результате человеческой деятельности. Это нефть и другие горюче-смазочные материалы, органические смо­лы, жиры и другие соединения, щелочи, тяжелые металлы, нитраты, фосфаты, минеральные кислоты и т.д. Их источ­ником в первую очередь являются промышленное произ­водство и сельскохозяйственная химизация.

Крупнейшим загрязнителем выступает нефть. По статис­тике ООН, ежегодно в воды Мирового океана в результате деятельности нефтяной и нефтеперерабатывающей промыш­ленности, аварий при транспортировке и т.д. выливается в среднем около 10—15 млн т нефти. Одна кап­ля нефти при разливе образует на поверхности воды пятно до 1 м в диаметре и может мигрировать без разрушения на расстояние в сотни километров от места аварии.

В нашей стране в составе сточных вод ежегодно сбрасыва­ется в водные объекты около 250 т нефти, в том числе в реку Свислочь — около 110 т.

Взвешенные частицы уменьшают прозрачность воды, тем самым уменьшая проникновение в нее света, что в свою очередь снижает интенсивность фотосинтеза водных расте­ний и аэрацию водной среды. Взвешенные вещества влияют на температуру и состав растворенных компонентов поверх­ностных вод, они способствуют заилению дна в зонах с малой скоростью течения, оказывают неблагоприятное воз­действие на жизнедеятельность водных организмов.

Повышенное содержание аммонийного азота отрицательно сказывается на состоянии водной флоры и фауны. Рост его концентрации в водоемах стимулирует процесс эвтрофикации. Эвтрофикацией называют избыточное поступление в во­доемы биогенных элементов. К биогенным относятся эле­менты, непосредственно воздействующие на рост и разви­тие растений, в первую очередь это азот и фосфор. Эвтрофикация приводит к усиленному росту водорослей и цвете­нию поверхностных вод. В результате происходят заболачи­вание водоемов, нарушение и изменение видового разнооб­разия водных экосистем, снижение потребительских качеств вод. Эвтрофикация от­мечена более чем в 70% водоемов Беларуси.

Фосфаты — это соли фосфорной кислоты. Источником их поступления в водоемы являются деятельность промыш­ленных предприятий, а также химизация сельского хозяй­ства. Фосфор в повышенных концентрациях — это токсич­ный элемент для всех живых организмов. Именно фосфор и его производные являются ключевыми элементами, стиму­лирующими процесс эвтрофикации как в водоемах респуб­лики, так и в водоемах других регионов.

Исключительно опасными соединениями для всех жи­вых организмов при их поступлении в избыточном количе­стве являются нитраты. Нитраты — это соли азотной кислоты.

Опасность негативных последствий поступ­ления нитратов в организм человека усугубляется возможностью синтеза канце­рогенных нитрозосоединений.

Химическое загрязнение приводит к целому ряду забо­леваний, в том числе раковым и болезням крови у челове­ка, отрицательно сказывается на состоянии водной фло­ры и фауны, провоцирует «цветение» и зарастание водо­емов и т.д.

Биологическое загрязнение главным образом обусловливается коммунально-бытовыми стоками и сель­скохозяйственным животноводством. Этот вид загрязнения воды исключительно опасен и может приводить к эпидеми­ям серьезнейших заболеваний. Наличие связей между за­грязнением воды и передающимися через нее заболевания­ми было установлено и документально зафиксировано еще в XIX в. Английский врач Сноу в 1854 г. проследил протека­ние вспышки холеры в Лондоне. Исследования показали, что источником распространения инфекции стала река Тем­за, сильно загрязненная неочищенными канализационны­ми стоками, а причиной явились бактерии, размножившие­ся в этих нечистотах. По статистике ООН, свыше трети мирового населения не имеет доступа к безопасной питье­вой воде, а 25 000 человек ежедневно умирают от болезней, прямо связанных с загрязненной водой. Биологическое за­грязнение, несмотря на жесткий эпидемиологический кон­троль, остается актуальной проблемой для нашей страны. Достаточно сказать, что ежегодно объем жидких навозных стоков в республике достигает 20 млн м³. Значительная часть этих стоков в конечном счете попадает в водоприемники, являясь потенциальной причиной биологического загрязне­ния.

Физическое загрязнение воды вызывается смывом и сдуванием почвенных частиц в во­доприемники, т.е. эрозией почвы, а также деятельностью предприятий деревообрабатывающей и целлюлозно-бумаж­ной промышленности. Такое загрязнение снижает возмож­ности использования воды для культурно-бытовых целей, вызывает гибель обитающих в водоемах организмов и т.д. Знаменитая река Яньцзы в Китае получила свое второе на­звание «желтая река» именно из-за чрезвычайно высокого содержания в ней смытых с полей глинистых частиц.

Крайне актуальным для Беларуси является еще один вид загрязнения – радиоактивное. Выпавшие в результате аварии на ЧАЭС радионуклиды способны закреп­ляться на длительный срок в донных отложениях, являясь источником потенциальной опасности для всех живых орга­низмов.

Тепловое загрязнение обусловливается сбросом теплых вод, использовавшихся при охлаждении на ТЭЦ и АЭС, а также на промышленных предприятиях, в открытые водные объекты. Температура таких вод на десятки гра­дусов выше, чем природных водоемов, поэтому их неконт­ролируемый сброс приводит к изменению видового разно­образия водных организмов, нарушению экологического рав­новесия экосистем, снижению качества и «цветению» воды.

Обработка сточных вод и шламов [9]

Очистка сточных вод — это обработка воды для разру­шения или удаления из нее определенных веществ.

Выбор метода очистки воды зависит от размера частиц примесей, их физико-химических свойств, концентрации веществ и необходимой степени очистки.

Классификация методов:

Гидромеханическую очистку применяют для удаления из сточных вод нерастворимых примесей. С этой целью используют различные модификации сит, решеток, песколовок, центрифуг, гидроциклонов.

К физико-химическим методам относят:

Кристаллизация используется для выведения из водных растворов растворенных веществ в виде твердой фазы. Процесс осуществляют путем уменьшения растворимости выделяемого вещества за счет снижения температуры раствора или удалением части растворителя.

Коагуляция – укрупнение дисперсных частиц в результате их взаимодействия. С помощью коагуляции извлекаются соединения фосфора. В качестве коагулянтов используют соли алюминия и железа. Частицы склеиваются, образуя хлопья, которые осаждаются и легко извлекаются.

Флотация – слипание загрязняющих частиц с пузырьками воздуха, они поднимаются на поверхность увлекая за собой частич­ки загрязнителя и образуют пенообразный слой, которую легко удалить. Достоинствами флотации являются высокая степень очистки (95-98%).

Адсорбцию применяют для глубокой очистки сточ­ных вод от гербицидов, пестицидов, фенолов, ароматических и нитросоединений, ПАВ, краси­телей и др. Степень очистки сточных вод зависит от химической природы адсорбента и достигает 80—95%.

Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов, а также соединений мышьяка, фосфо­ра, цианистых соединений, радиоактивных и многих других ве­ществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой степени очистки воды. Ионный обмен широко распространен при обессоливании в процессе водоподготовки. Метод представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердым веществом ионитом, который способен обменивать свои ионы на ионы вредных веществ.

Экстракция применяется для очистки сточ­ных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, ионы металлов и др. при относительно высоком их содержании. Эффективность извлечения фенолов достигает 80-97%.

Обратный осмос заключается в фильтровании очищаемых сточных вод через полупроницае­мые мембраны под давлением, превышающим осмотическое. Мембраны частично или полностью задерживают молекулы или ионы растворенного вещества.

Дата добавления: 2015-07-15