Основы экологии

биосфера вода плодородие радиоактивный

4. Экология гидросферы значение воды в природе и жизни человека

Вода -- ценнейший природный ресурс. Она играет исключительно важную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производствах. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей. Вода входит в состав организма человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.

Вода -- непременный агент фотосинтеза. Она имеет высокую диэлектрическую проницаемость, благодаря чему присоединяет и удерживает почти все вещества. Это отличный теплоноситель и охладитель. Вода обладает таким уникальным качеством, как большое поверхностное натяжение, вследствие чего способна подниматься по капиллярам в почве.

Совершая круговорот в природе, вода участвует в формировании поверхности Земли. Она разрушает, растворяет и транспортирует различные неорганические вещества, способствует отложению осадочных пород и образованию почвы.

Вода оказывает существенное влияние на климат и погоду, так как обладает высокой теплоемкостью и низкой теплопроводностью. Аккумулируя солнечное тепло, она при больших скоплениях выравнивает годичные и суточные колебания температуры.

Вода -- источник дешевой электроэнергии. Моря, реки и другие водоемы служат путями сообщения, поставляют рыбную и другую продукцию и т.д. Много воды расходуется для нужд промышленности, например на производство 1 т стали -- 120 м³, химического волокна -- 2000, резины -- 4000, синтетического бензина -- 50--90, уксуса -- 100, соды -- 300, искусственного шелка -- 400, нитроцеллюлозы -- 750, бумаги -- 1000 м³.

Еще более крупный водопотребитель -- сельское хозяйство. Ориентировочный расход воды здесь можно представить следующими показателями.

В животноводстве на содержание одной головы, л/сут:

крупного рогатого скота 115

виноматки 234

На предприятиях переработки сельскохозяйственной продукции:

на убой одной головы крупного рогатого скота, л 500

на производство 1 кг сливочного масла, л 10

на производство 1т сахара, м³ 100

Санитарно-гигиенические условия на фермах поддерживаются в основном с помощью воды. Она используется для мытья животных, посуды, аппаратуры, очистки помещений и их дезинфекции, подготовки кормов и т.д. Кроме того, много воды расходуется на различные бытовые нужды (души, умывальники и др.), на отопление помещений и обработку пищевых отходов. Применяется она и в лечебных целях.

В мире на одного человека ежегодно расходуется в среднем 30 м³ воды, из них 1 м³ для питья. В некоторых странах на одного человека приходится всего 2 м³ воды в год. Здесь она оказывается одним из самых дорогих ресурсов. В нашей стране в мелких населенных пунктах потребление воды не превышает 30 л в сутки на одного человека, в некоторых районах -- даже 5--6 л. В жилищах с канализацией и водопроводом оно достигает 200 л/сут, а в домах, оборудованных горячим водоснабжением, -- еще выше.

4.1 Водные ресурсы земли

Запасы пресной воды на нашей планете далеко не безграничны. Дефицит чистой воды для многих районов земного шара стал насущной проблемой.

Водные ресурсы Земли включают воду океанов и морей, рек и озер, горных и полярных ледников, подземную, почвенную и атмосферную влагу. Суммарное количество воды на Земле составляет, км³:

в океанах и морях 1370 ⁶

в виде льдов 20 *10⁶

в литосфере 0,5 10⁶

в атмосфере 13-10⁶

Запасы пресной воды (2 % объема всей гидросферы) представлены в таблице 1.

Таблица 1. Пресные воды гидросферы

Части гидросферы	Объем пресной воды, км'	% общего объема пресной воды
Ледники	24000000	85
Подземные воды	4000000	14
Озера и водохранилища	155000	0,6
Почвенная влага	83000	0,3
Пары атмосферы	14000	0,05
Речные воды	1200	0,04
Итого	28253200	100

Несмотря на столь большие запасы пресных вод, в активном обмене участвуют только 134 тыс. км³, а для водоснабжения (реки и озера) используется лишь 15 тыс. км³.

Соленые воды составляют 94,2 % всех водных ресурсов Земли. Они занимают свыше 70 % поверхности земного шара, но используются крайне недостаточно. Запасы же пресной воды на Земле незначительны: с учетом части подземных вод их около 30 млн км³. Причем большая часть этой воды (97 %) приходится на ледники Антарктиды, Гренландии, полярных островов и гор. Если бы весь лед распределить равномерно по поверхности Земли, то образовался бы слой толщиной 53 м.

Ледники играют большую роль. Их используют для орошения. Антарктические айсберги рассматривают как реальные источники питьевой воды.

Много воды в недрах Земли, но она залегает в основном на больших глубинах. Доступна лишь незначительная ее часть (зоны активного водообмена).

Около 3 % суши покрывают озера и реки. Они составляют малую часть гидросферы. На их долю приходится 0,0161 % общего объема. Если учесть, что только эта вода пригодна для всех видов пользования, то дефицит пресной воды очевиден.

Для того чтобы правильно оценить ресурсы речных вод, надо иметь представление о круговороте воды как гидрологическом цикле, постоянно совершающемся в природе. Схематично он протекает так. Под влиянием солнечной энергии молекулы воды на поверхности Мирового океана нагреваются и в газообразном состоянии поднимаются в атмосферу. По подсчетам ученых, из Мирового океана ежесуточно испаряется 875 км³ пресной воды. Испарившаяся вода конденсируется, образует облака и далее в виде жидких и твердых осадков выпадает обратно в Мировой океан (775 км³ ежесуточно), часть ее попадает на сушу. Здесь она частично испаряется непосредственно с почвы и растительности, частично проникает в почву и подпочвенные горизонты, частично стекает в реки и далее вместе с изливающимися на поверхность в виде родников грунтовыми водами возвращается в Мировой океан -- 100 км³ ежесуточно.

Дефицит пресной воды отмечается во многих районах мира, хотя мировых запасов ее хватило бы на нужды 20--25 млрд человек. Это связано с неравномерным ее распределением на суше, быстрым ростом населения, усиленным развитием промышленности и сельского хозяйства. Ежегодный расход воды на земном шаре на все виды водоснабжения составляет около 150 км³ а возможный водозабор из рек и подземных источников -- более 600 км³. Казалось бы, резервы воды большие и причин для беспокойства нет. Однако существует один фактор, который весьма значительно влияет на химический состав природных вод, -- это хозяйственная деятельность человека. Рост городов приводит как к повышению водопотребления, так и к увеличению количества сточных вод. Промышленные и сельскохозяйственные предприятия сбрасывают в реки загрязняющие вещества. В результате в природных водах уменьшается количество растворенного кислорода, ухудшаются условия разложения органических веществ, которые интенсивно накапливаются, увеличиваются концентрации азота, фосфора, различных металлов, хлорорганических и других вредных соединений.

В реки и другие водоемы ежегодно сбрасывается свыше 450 км³ сточных вод. Примерно половина из них перед сбором подвергается искусственной очистке. А чтобы природные воды сохранили способность к самоочищению, необходимо не менее чем десятикратное разбавление сточных вод. Следовательно, они загрязняют огромную массу естественной воды. Поэтому всемерное сокращение и полное прекращение сброса сточных вод в водоемы -- одно из основных направлений в охране водных ресурсов.

Примерно 60 % суши занимают аридные (пустынные) и полуаридные (полупустынные) земли. В этих засушливых районах население испытывает крайний недостаток обычной питьевой воды. К таким маловодным регионам относятся Мексика, Пакистан, Иран, Алжир, более десяти штатов США, а также аридные области Средней Азии.

Нехватка пресной воды ощущается и во влажных, так называемых гумидных областях. В ряде штатов США, Канаде, большинстве областей тропической зоны Южной Америки, Азии и Африки природной воды достаточно. Но резкое увеличение ее потребления, а главное -- загрязнение привело здесь к «водному голоду».

В США '/у населения испытывает недостаток воды. Нехватка ее в обозримой перспективе может быть также в Германии, во Франции, в Великобритании и других государствах Западной Европы. Угроза «водного голода», нависшая над человечеством, заставляет изыскивать пути обеспечения растущих потребностей населения в воде.

В этих целях все шире изучают и используют подземные воды, запасы которых обнаружены на всех материках. Разрабатывают проекты использования вод айсбергов. Все большее внимание привлекает опреснение соленых вод. Для этого во многих странах строят опреснительные станции. В мире уже эксплуатируется более 800 опреснителей, которые ежесуточно вырабатывают 1,7 млн м³ пресной воды, 90 % которой расходуется на питьевые нужды.

Одновременно с поисками путей получения пресной воды ведется борьба с ее потерями и загрязнением. Для этого совершенствуют очистные сооружения и технологические процессы. В промышленно развитых странах, в том числе и в России, все шире практикуют оборотный (замкнутый) цикл водоснабжения, суть которого состоит в том, что одна и та же вода в технологических процессах используется многократно.

В сельском хозяйстве очень высоки потери воды при орошении. В США коэффициент использования оросительных вод равен 0,6, в СНГ колеблется по регионам от 0,4 до 0,7, а на юге Казахстана снижается до 0,25--0,35.

К важнейшим мероприятиям, направленным на борьбу с потерями воды и сохранение ее чистоты, относятся:

размещение посевов с учетом водообеспеченности территории;

оптимизация применения удобрений и пестицидов с целью обеспечения надлежащего уровня сельскохозяйственного производства и предотвращения загрязнения поверхностных и подземных вод (особенно на осваиваемых землях);

сокращение оросительных и поливных норм;

уменьшение потерь на фильтрацию, испарение и непроизводительных расходов;

применение наиболее прогрессивных способов увлажнения

почв;

дальнейшие развитие, разработка и внедрение мелиоративных систем двустороннего действия с частично замкнутой циркуляцией

воды;

охрана малых рек, в том числе поддержание необходимых санитарных расходов и обеспечение самоочищающей способности;

проведение лесоохранных мероприятий, направленных на количественное и качественное регулирование водных ресурсов.

Переход на водосберегающие технологии полива, внедрение импульсного, аэрозольного, подпочвенного, капельного и других способов полива позволят повысить эффективность использования оросительных систем на 25--30 %.

Немаловажный источник пресной воды -- подземные воды. Так, в глубинах Западно-Сибирской низменности находится целое море пресной воды.

Отрасли народного хозяйства по характеру использования воды делят на две категории: водопользователи и водопотребители. К первой относятся те отрасли, которые, используя воду, не расходуют ее: гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хозяйство, а также места отдыха. Для отраслей-водопотребителей характерен забор воды из источника, связанный с безвозвратным использованием или ухудшением ее. К ним относятся промышленность, сельское и коммунальное хозяйство.

Значительные резервы воды образуются при разумном использовании водных ресурсов промышленностью и сельским хозяйством.

4.2 Водные ресурсы Беларуси и их использование

Речная сеть Беларуси хорошо развита. Средняя густота ее составляет 25 км на 100 км². На территории Беларуси 20,8 тыс. рек и речушек. Их общая длина - 90,6 тыс. км. Однако свыше 90 % их количества - это водотоки, длина которых не превышает 10 км (так называемые малые реки). К числу крупных относятся такие речные артерии, как Западная Двина, Неман, Западный Буг, Вилия, Днепр, Сож, Припять. Максимальная густота речной сети отмечается на севере Беларуси - в бассейне Западной Двины, в условиях пересеченного рельефа (более 45 км на 100 км²), минимальная - на юге республики в бассейнах Буга и Припяти.

В Беларуси насчитывается свыше десяти тысяч озер (10 800). Среди них выделяются жемчужина Беларуси - озеро Нарочь (80 км²), Освейское (58 км²), Дрисвяты (45 км²), Червоное (40 км²), Дривяты (38 км²). Большинство озер расположено в северной части Беларуси - в Белорусском Поозерье. Озера здесь образовались в ледниковый период. Движущиеся огромные ледниковые глыбы выпахивали перед собой углубления, которые после таяния ледника заполнялись водой.

Озера Беларуси играют огромную роль в удовлетворении промышленных и бытовых нужд. Запасу содержащейся в них пресной воды идут в непосредственное использование человеком. Озера являются соредоточением рыбных богатств и скоплениями такого ценного сырья, как сапропеля.

В Беларуси, на первый взгляд, с питьевой водой дело обстоит не так уж плохо. На каждого жителя республики (учитывая всю пресную воду) приходится 20 м³ пресной воды в сутки. Однако беда в том, что в большинстве своем эта вода загрязнена.

Давление антропогенного пресса сказалось и на состоянии водных ресурсов Беларуси. Белорусская вода содержит нефтепродукты, аммонийный и нитратный азот, фенолы, органические и биогенные вещества, соли тяжелых металлов. Минерализация воды крупных белорусских рек, таких как Неман, Днепр, Припять, возросла за последние 15 лет на 20 %. В каждом пятом колодце вода превышает предельно допустимые концентрации (ПДК) по многим микробиологическим показателям и содержанию ядохимикатов. Повсеместно наблюдается значительное увеличение в воде концентрации минерального азота, фосфора, нитратов, меди, цинка, хрома, формальдегида, нефтепродуктов. Список можно было бы продолжить. Такое положение сложилось при обстоятельствах всем хорошо известных. Это прежде всего отсутствие очистных сооружений на промышленных предприятиях, чрезмерная химизация сельскохозяйственного производства, поступление сточных вод из городов. И хотя статистика показывает, что в последние годы качественный состав вод некоторых рек стал улучшаться (уменьшается содержание соединений азота, нефтепродуктов), оснований для оптимизма пока нет. Такое видимое «улучшение» следует расценивать в первую очередь как следствие повсеместного спада промышленного производства. В то же время в наиболее эксплуатируемых транспортных водных артериях состояние воды не улучшается.

Серьезные экологические нарушения связаны с деятельностью животноводческих комплексов, где технологии основаны на бесподстилочном выхаживании животных и смыве нечистот водой. Многие комплексы размещены в близости от водотоков, что приводит к загрязнению водной системы.

Для определения класса загрязненности поверхностных вод применяются следующие градации: I - очень чистая вода, II -чистая, III - умеренно загрязненная, IV - загрязненная, V - грязная, VI - очень грязная, VII - чрезвычайно грязная.

Многие крупные и средние реки по комплексной оценке отнесены к классу загрязненных. Наиболее загрязненной на территории республики является река Свислочь ниже г. Минска (ниже выпуска сточных вод Минской станции аэрации). По данным Госкомэкологии, в реку в 1992 г. ежесуточно сбрасывалось 705 тыс. м³ сточных вод.

К классу загрязненных отнесены следующие участки рек Беларуси («Состояние природной среды Беларуси», 1996): р. Свислочь (г. Минск), р. Мухавец (г. Кобрин), Р. Мухавец (г. п. Жабинка), р. Мухавец (г. Брест), р. Рыта (с. М. Радваничи), р. Лесная (г. Каменец), р. Лесная Правая (г. Каменюки), р. Ясельда (г. Береза), р. Уза (г. Гомель), р. Днепр (г. Могилев), р. Улла (г. п. Чашники), вдхр. Лошица (г. Минск).

Такому же антропогенному загрязнению подвергаются и наши голубые озерные жемчужины. В Заславском водохранилище зарегистрировано повышенное содержание меди, фенолов, нефтепродуктов, аммонийного и нитритного азота. Увеличилось с держание этих загрязнителей в Лукомльском озере, куда сбрасываются воды местной ГРЭС. Не исключение здесь и знаменито озеро Нарочь, где отмечено повышение концентраций аммонийного азота, меди, нефтепродуктов. Из-за чрезмерной концентрации в озерах биофильных элементов в них идут процессы эвтрофикации -повышения биологической продуктивности водных обитателей пол действием антропогенных факторов. Разрастаются колонии цианобактерий («цветение воды»), и в связи с этим уменьшается количество доступного кислорода. В результате происходит крупномасштабное заглеение озер и уменьшение поголовья рыбного племени.

4.3 Источники и виды загрязнения водных систем

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, ежегодно потребуется 30 --35 тыс. км 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 км очищенной сточной воды "портит" 10 км 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%.

Все отрасли н/х подразделяются на Водопользователи -не расходуют воду, не ухудшают ее качество, (рыб.хлзы и водный транспорт) Водопотребители - расходуют, ухудшают качество (промышленность, с/х, коммунальное хозяйство)

Наиболее водоемкие отрасли промышленности -- сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит почти 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. В среднем в мире на промышленность уходит примерно 20% всей потребляемой воды.

Пресные водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов.

1. В результате сброса сточных вод изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются окраска, привкусы, запахи); на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а на дне образуется осадок; изменяется химический состав воды (увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появляются токсичные вещества, уменьшается содержание кислорода, изменяется активная реакция среды и др.); изменяется качественный и количественный бактериальный состав, появляются болезнетворные бактерии.

2. Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а часто и для технического водоснабжения; теряют рыбохозяйственное значение и т. д. Общие условия выпуска сточных вод любой категории в поверхностные водоемы определяются народнохозяйственной их значимостью и характером водопользования.

3. После выпуска сточных вод допускается некоторое ухудшение качества воды в водоемах, однако это не должно заметно отражаться на его жизни и на возможности дальнейшего использования водоема в качестве источника водоснабжения, для культурных и спортивных мероприятий, рыбохозяйственных целей.

4. Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических,химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения.

5. Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:

механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное, в основном, поверхностным видам загрязнений;

· Почвенные частіцы с поверхностным стоком

· Древесные отходы Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства. На рыбах и на их корме -беспозвоночных - неблагоприятно отражаются молевые сплавы. Из гниющей древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых мест.

· Мусор -упаковочный материал

химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;

· Токсические: сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и т.д., в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы, в основном изменяют физические свойства воды.

· Содержащие яды -- сбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели воды.

· Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана. - ПАВы. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается количество кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды.

· СПАВы синтетические поверхностно-активные вещества или детергенты Эмульгаторы, синтетические моющие средства и пенообразователи -они образуют на поверхности стойкую пену.

· Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.

· бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей; бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек и озер болезнетворными бактериями и гельминтами

· физическое -

· радиоактивное присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах; Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой,затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут. Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1 л и более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны и специальные резервуары.

тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных электростанций. В нагретой воде меньше кислорода, резко изменяется термический режим, что отрицательно влияет на флору и фауну водоемов, при этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей,

4.4 Загрязнение воды при сельскохозяйственном производстве

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.

Крупнейший потенциальный источник загрязнения - животноводческие фермы. Часть покрывающего почву необработанного навоза животных проникает в источники пресной воды. Кроме того, фермеры ежегодно вносят в почву 2,5 млн. т азота, фосфора и калия, и часть этих удобрений попадает в пресную воду. Некоторые из них - стойкие органические соединения, проникающие в пищевые цепи и вызывающие экологические проблемы. Попав в реку, навозная жижа может стать причиной серьёзной экологической катастрофы, так как её концентрация в 100 раз больше, чем у сточных вод, обработанных на очистных сооружениях.

Всё большую угрозу для пресноводных водоёмов представляют стоки, сбрасываемые рыбоводческими хозяйствами, ввиду широкого применения ими фармацевтических средств борьбы с болезнями рыб.

Лесные хозяйства и открытый дренаж - источники большого количества веществ, попадающих в пресную воду, в первую очередь железа, алюминия и кадмия. С ростом деревьев кислотность лесной почвы увеличивается, и проливные дожди образуют очень кислые стоки, губительные для живой природы.

Твёрдые и жидкие загрязняющие вещества попадают из почвы в источники водоснабжения в результате т. н. выщелачивания. Небольшие количества сваленных на землю отходов растворяются дождём и попадают в грунтовые воды, а затем в местные ручьи и реки. Жидкие отходы быстрее проникают в источники пресной воды. Растворы для опрыскивания сельскохозяйственных культур либо теряют свою активность при контакте с почвой, либо попадают в местные реки, либо выщелачиваются в земле и проникают в грунтовые воды. До 80% таких растворов тратятся впустую, так как попадают не на объект опрыскивания, а в почву.

Время, требуемое для проникновения загрязнитёлей (нитратов или фосфатов) из почвы в грунтовые воды, точно неизвестно, но во многих случаях этот процесс может длиться десятки тысяч лет. Фермеры используют различные химикаты, попадающие в конечном итоге в пресную воду: гербициды, инсектициды, акарициды, фунгициды и дезинфицирующий раствор для овец, содержащие в целом 450 активных ингредиентов - биоцидов. В землю вносятся стимулирующие рост растений фосфаты и нитраты, а силосные бурты, свиноводческие фермы и птицефермы являются источником большого количества ядовитых стоков. Помимо дезинфицирующих средств пресную воду заражают и применяемые в сельском хозяйстве фармацевтические препараты - антибиотики, гормоны и ингибиторы роста. Гормонные препараты попадают в воду и через канализацию вместе с бытовыми стоками

Эвтрофикация

Эвтрофикацией называется процесс ухудшения качества воды из-за избыточного поступления в водоем так называемых «биогенных элементов», в первую очередь соединений азота и фосфора. Эвтрофикация -- нормальный природный процесс, связанный с постоянным смывом в водоемы биогенных элементов с территории водосборного бассейна, может быть результатом как естественного старения водоема Однако в последнее время на территориях с высокой плотностью населения или с интенсивно ведущимся сельским хозяйством интенсивность этого процесса увеличилась многократно из-за сброса в водоемы коммунально-бытовых стоков, стоков с животноводческих ферм и предприятий пищевой промышленности, а также из-за смыва избыточно внесенных удобрений с полей. Механизм воздействия эвтрофикации на экосистемы водоемов следующий.

1. Повышение содержания биогенных элементов в верхних горизонтах воды вызывает бурное развитие растений в этой зоне (в первую очередь фитопланктона, а также водорослей-обрастателей) и увеличение численности питающегося фитопланктоном зоопланктона. В результате прозрачность воды редко снижается, глубина проникновения солнечных лучей уменьшается, и это ведет к гибели донных растений от недостатка света. После отмирания донных водных растений наступает черед гибели прочих организмов, которым эти растения создают места обитания или для которых они являются вышерасположенным звеном пищевой цепи.

2. Сильно размножившиеся в верхних горизонтах воды растения (особенно водоросли) имеют намного большую суммарную поверхность тела и биомассу. В ночные часы фотосинтез в этих растениях не идет, тогда как процесс дыхания продолжается. В результате в предутренние часы теплых дней кислород в верхних горизонтах воды оказывается практически исчерпанным, и наблюдается гибель обитающих в этих горизонтах и требовательных к содержанию кислорода организмов (происходит так называемый «летний замор»).

3. Отмершие организмы рано или поздно опускаются на дно водоема, где происходит их разложение. Однако, как мы отметили в пункте 1, донная растительность из-за эвтрофикации погибает, и производство кислорода здесь практически отсутствует. Если же учесть, что общая продукция водоема при эвтрофикации увеличивается (см. пункт 2), между производством и потреблением кислорода в придонных горизонтах наблюдается дисбаланс, кислород здесь стремительно расходуется, и все это ведет к гибели требовательной к кислороду донной и придонной фауны. Аналогичное явление, наблюдающееся во второй половине зимы в замкнутых мелководных водоемах, называется «зимним замором».

4. В донном грунте, лишенном кислорода, идет анаэробный распад отмерших организмов с образованием таких сильных ядов, как фенолы и сероводород, и столь мощного «парникового газа» (по своему эффекту в этом плане превосходящего углекислый газ в 120 раз), как метан. В результате процесс эвтрофикации уничтожает большую часть видов флоры и фауны водоема, практически полностью разрушая или очень сильно трансформируя его экосистемы, и сильно ухудшает санитарно-гигиенические качества его воды, вплоть до ее полной непригодности для купания и питьевого водоснабжения.

5 .Основные антропогенные источники фосфора и азота: необработанные сточные воды (в особенности из животноводческих комплексов) и смыв удобрений с полей. Во многих странах запрещено использование ортофосфата натрия в стиральных порошках для уменьшения эвтрофикации водоемов.

· На загрязнение могут указывать такие признаки, как мёртвая рыба, но есть и более сложные методы его обнаружения.

· Загрязнение пресной воды измеряется в показателях биохимической потребности в кислороде (БПК) - т. е. сколько кислорода поглощает загрязнитель из воды. Этот показатель позволяет оценить степень кислородного голодания водных организмов. В то время как норма БПК для рек Европы равна 5 мг/л, в неочищенных бытовых стоках этот показатель достигает 350 мг/л.

· Сложившаяся в последние 20 лет ситуация вызывает тревогу, так как значительная часть водоёмов покрылась зеленью и стала токсичной ввиду их загрязнения. Пресная вода превращается в рассадник потенциально опасных видов бактерий, простейших и грибов. Такие бактерии, как сальмонелла и листерия, а также простейшие - например, криптоспоридия - не менее опасны для здоровья человека, чем холера в Европе в XIX веке.

· Водоросли на поверхности воды действуют как густой лесной полог, не пропуская солнечный свет. Это губительно сказывается на производящих кислород водорослях, от которых зависит жизнь водных беспозвоночных и позвоночных. К тому же определённые виды сине-зелёных водорослей выделяют ядовитые вещества, поражающие рыб и другие водные организмы. В результате многие виды отдыха на воде в летние месяцы запрещены в связи с разрастанием и токсичностью водорослей. Причиной цветения последних в озёрах и водоёмах может также быть вырубка лесов и удобрение лесной почвы - в обоих случаях в воду попадают питательные вещества.

· Кислотные дожди вызвали ряд крупных экологических катастроф в Канаде, США и Северо-Западной Европе. Вода в 16000 из 85 000 озёр Швеции окислилась, а в 5000 из них полностью исчезла рыба. Начиная с 1976 г., в воду 4000 озёр добавляют известь для нейтрализации кислоты и восстановления химического баланса. К этим же мерам прибегают Шотландия и Норвегия, где по аналогичной причине рыбные запасы сократились на 40%. На востоке США ежегодный ущерб в связи с потерей форели, вызванной окислением водоёмов спортивного рыболовства, составляет 1 млрд. долларов. Однако за известкование озёр расплачиваются прибрежные сообщества. Так, избыток кальция привёл к гибели 90% растущего поблизости торфяного мха, кукушкиного льна и ягеля. Значительная часть кислотных дождей приходит в Скандинавию с запада, где промышленность Англии производит около 3,7 млн. т сернистого газа в год.

· Как правило, загрязнение водоёмов приводит к гибели живой природы, в первую очередь рыб. Но возможна быстрая повторная колонизация и восстановление популяций, особенно с помощью человека. Некоторые беспозвоночные переселяются на поражённые участки из находящихся выше по течению мест; другие перелетают сюда за считанные часы. Одни организмы (такие как речные блюдечки, чьи жабры забиваются илом) чувствительны к нарушению экологического баланса, а другим видам (включая подёнок) нипочём довольно высокие уровни загрязнения. Трубчатые черви поглощают бактерии и личинок разных видов звонцов, а пиявки (среди них Helobdella stagnalis) легко переносят эвтрофикацию и низкое содержание кислорода.

Вопрос 6 охрана рек

Водоохранная зона представляет собой территорию, примыкающую к акваториям рек, озер, водохранилищ и других поверхностных водных объектов, на которой устанавливается специальный режим хозяйственной или иных видов деятельности. В пределах ее выделяется прибрежная защитная полоса с более строгим охранительным режимом, на которой вводятся дополнительные ограничения природопользования. Установление водоохранных зон направлено на обеспечение предотвращения загрязнения, засорения, заиления и истощения водных объектов, а также сохранения среды обитания объектов животного и растительного мира водоемов.

Минимальная ширина водоохранных зон для озер и водохранилищ принимается при площади акватории до 2 кв. км - 300 м, от 2 кв. км и более - 500 м.

Положением в пределах водоохранных зон запрещено:

· - проведение авиационно - химических работ;

· - применение химических средств борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками;

· - использование навозных стоков для удобрения почв;

· - размещение складов ядохимикатов, минеральных удобрений и горюче - смазочных материалов; площадок для заправки аппаратуры ядохимикатами, животноводческих комплексов и ферм, мест складирования и захоронения промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов, кладбищ и скотомогильников, накопителей сточных вод;

· - складирование навоза и мусора;

· - заправка топливом, мойка и ремонт автомобилей и других машин и механизмов;

· - размещение дачных и садово - огородных участков при ширине водоохранной зоны менее 100 м и крутизне склонов прилегающих территорий более 3 градусов;

· - размещение стоянок транспортных средств, в том числе на территориях дачных и садово - огородных участков;

· - проведение рубок главного пользования;

Минимальная ширина прибрежных защитных полос устанавливается в зависимости от видов угодий и крутизны склонов территорий, прилегающих к водному объекту, и колеблется от 15 до 100 м.

В пределах прибрежных защитных полос дополнительно к указанным ограничениям запрещаются:

- распашка земель;

- применение удобрений;

- складирование отвалов размываемых грунтов;

- выпас и организация летних лагерей скота (кроме использования традиционных мест водопоя),

- установка сезонных стационарных палаточных городков, размещение дачных и садово - огородных участков и выделение участков под индивидуальное строительство;

- движение автомобилей и тракторов, кроме автомобилей специального назначе

4.5 Обезвреживание и очистка сточных вод. Рациональное использование водных ресурсов

В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно-бытовые сбросы были невелики, реки сами справлялись с ними. В наш индустриальный век в связи с резким увеличением отходов возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать их.

Освобождение сточных вод от загрязнения-- сложной производство.

В нем, как и в любом другом производстве, имеются сырье -- сточные воды и готовая продукция -- очищенная вода.

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, физико-химические и биологические. При их совместном применении метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Использование того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредоносности примесей. ;

Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками и ситами различных конструкций, а поверхностные загрязнения -- нефтеловушками, масло- и смолоуловителями и др. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до '/з нерастворимых примесей, а из промышленных -- более 9/10.

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические неокисляемые и плохо окисляемые вещества.

Широкое применение находит электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очистка сточных вод осуществляется в особых сооружениях -- электролизерах. Она эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других отраслях промышленности. Химической очисткой достигается уменьшение содержания нерастворимых примесей до 95 %, растворимых -- до 25 %.

К физико-химическим методам относят флотацию, экстракцию, адсорбцию, ионный обмен, окисление, эвапорацию и др.

Флотация дает возможность ускорить осветление промышленных сточных вод и удалить из них как взвешенные вещества, так и нефть, нефтепродукты, жиры и поверхностно-активные вещества (ПАВ). Сущность этого процесса состоит в насыщении стоков воздухом, к пузырькам которого прилипают частицы твердых веществ, вместе с ними всплывающие на поверхность.

Экстракцией сточные воды освобождаются от органических веществ, которые концентрируются в растворителях (четыреххлористый углерод, хлороформ, дибутиловый эфир, бутилизобутилацетат, бензол, хлорбензол, нитробензол и др.).

Адсорбцию применяют при невысоком содержании органических веществ в сточных водах. В качестве адсорбента используют активированный уголь и органические, синтетические сорбенты.

Ионообменные способы очистки промышленных сточных вод позволяют извлекать и вновь возвращать ценные вещества: цинк, никель, фенолы, детергенты, радиоактивные соединения и др. Для этих целей применяют синтетические ионообменные смолы. При ионообменном методе легкие ионы водорода или ионы щелочных металлов замещаются на ионы цветных и тяжелых металлов. Он ценен тем, что удаляемое вещество концентрируется, а не разрушается.

Окисление -- один из перспективных методов очистки сточных вод. Используют озон, хлор, диоксид хлора, перманганат калия и другие окислители, позволяющие окислять остаточные растворенные в воде, устойчивые к биологическому разрушению органические вещества.

При эвапорации сточную воду нагревают до кипения. Насыщенный водяной пар извлекает из сточных вод примеси. Затем пар пропускают через нагретый поглотитель, в котором примеси задерживаются.

В случае необходимости применяют доочистку сточных вод, прошедших механическую и биологическую очистку. Поэтому ее считают третьей ступенью очистки. К наиболее распространенным методам доочистки сточных вод относятся фильтрование через песчаные фильтры и длительное выдерживание сточных вод в прудах-накопителях.

Следует оберегать от истребления заросли камыша, так как наряду с бактериями и водорослями они выполняют роль живых фильтров, поглощающих многие загрязняющие вещества, уничтожают своими выделениями болезнетворные бактерии. Густые заросли тростника на площади 1 га поглощают из воды и почвы и аккумулируют в своих тканях до 5--6 т различных солей, оздоровляя реки и водоемы.

Хорошо очищает сточные воды почва оросительных систем; повторное использование очищенных стоков позволяет снизить потребность в чистой воде, сократив количество сбрасываемых в канализацию сточных вод. Общая площадь оросительных систем в стране, использующих сточные воды, 230 тыс. га. Это дает возможность предохранить загрязнение 10 км³ воды в гол.

В условиях полупустынь сточные воды утилизируют на полях фильтрации, что в безводных районах, где поливная вода особенно ценится, нельзя считать рациональным, так как по ряду ирригационных показателей стоки пригодны для орошения древесных насаждений различных категорий. Кроме того. концентрация сточных вод в больших объемах значительно ухудшает состояние территории, прилегающей к полям фильтрации. Целесообразно поэтому выращивание древесных насаждений взамен создания полей фильтрации. В этом случае в результате транспирации происходят идеальная очистка промышленных стоков, увлажнение воздушного бассейна и в целом улучшение микроклимата и санитарного состояния городов.

Загрязненные сточные воды очищают также с помощью ультразвука. озона и высокого давления. Хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования.

Большую роль должен сыграть биологический метод очистки сточных вод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Имеется несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды и аэротенки.

В биофильтрах сточные воды пропускают через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биохимического окисления. Именно они служат действующим началом в биофильтрах.

В биологических прудах в очистке сточных вод участвуют все организмы, населяющие водоем.

Аэротенки -- огромные резервуары из железобетона. Очищающее начало здесь -- активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в аэротенки с потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические соединения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, не слипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила.

Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее для удаления болезнетворных бактерий -- химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и т.д.).

Биологический метод дает хорошие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Его применяют также и для очистки отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производства искусственного волокна.

В комплексе задач охраны вод от загрязнения важное значение имеет их санитарно-гигиеническое состояние. Вода, которая используется для питья, должна быть безвредна. Поэтому биологическое, химическое и бактериологическое состояние источников водоснабжения находится под постоянным надзором.

Источники загрязнения водоемов, как уже отмечалось, -- в основном промышленные и частично бытовые сточные воды. Масштабы поступления сточных вод в водоемы возрастают.

Качества стока на ряде рек.

Оборотное водоснабжение -- это существенный резерв экономии воды и сохранения водоемов в чистоте. Но его следует проводить при одновременном совершенствовании технологических процессов производства, способствующих сокращению вредных стоков.

Спускают сточные воды в водоемы с учетом санитарно-технических требований к качеству воды, регламентированных Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. В соответствии с этими Правилами предельно допустимой концентрацией (ПДК) примесей в воде считается такая, при которой полностью исключается вредное действие ее на организм человека, не изменяются запах, вкус и цвет воды. Эти требования различны в зависимости от вида водопользования. Предельно допустимые концентрации вредных веществ для водоемов питьевого назначения во много раз меньше, чем для водоемов, предназначенных для купания, отдыха и промышленных целей.

Особое внимание уделяется источникам питьевого водоснабжения. Действующий в РБ государственный стандарт обеспечивает высокое качество питьевой воды. Она должна полностью отвечать нормам ПДК, не содержать болезнетворных организмов, пленок, минеральных масел. Питьевую воду обязательно следует очищать на водопроводных станциях.

Контроль за охраной водных ресурсов от загрязнения осуществляют несколько государственных органов. Они ведут государственный межведомственный контроль за использованием и охраной водных ресурсов от загрязнения и истощения. Взяты на учет основные промышленные, сельскохозяйственные и коммунальные предприятия, сбрасывающие в водоемы десятки миллионов кубических метров отработанных сточных вод в сутки. На контролируемых объектах систематически проверяется выполнение водоохранных мероприятий, анализируется состав сточных вод и разрабатываются мероприятия для улучшения работы действующих очистных сооружений.

Органы санитарно-эпидемиологической службы осуществляют контроль за сохранением чистоты вод, используемых в качестве источников питьевого водоснабжения, и водоемов, служащих объектами культурно-бытового пользования.

В комплексной охране водных ресурсов важное значение придается экономии чистой воды. В этих целях сокращают нормы потребления ее на технологические процессы, внедряют оборотное водоснабжение, ведут борьбу с утечкой, водяное охлаждение заменяют воздушным и т.д. Большое внимание обращают на сбережение растительности, водоохранное значение которой велико.

Вода -- один из факторов урожая. В условиях орошаемого земледелия необходимо направить все средства на ее экономию, сохранять в чистоте реки и водоемы. Следует добиваться повышения коэффициента полезного действия оросительных систем, вести борьбу с фильтрацией и другими потерями влаги. Важные резервы экономии оросительной воды -- дальнейшее повышение урожайности сельскохозяйственных культур, снижение расхода воды на единицу растительной массы, механизация поливов.

Для сбережения воды на неорошаемых землях особо важное значение имеет высокая агротехника. Зяблевая обработка почвы и агролесомелиоративные меры способствуют накоплению влаги. Эту особенность водохозяйственного баланса неорошаемых земель при планировании использования и охраны водных ресурсов, к сожалению, часто не учитывают. Между тем повышение продуктивности богарного земледелия связано с увеличением расхода воды и с уменьшением речного стока поверхностного происхождения.

С каждым годом расширяются площади оросительных систем, использующих сточные воды (ОСВ), -- специализированные мелиоративные системы для приема предварительно очищенных сточных вод в целях использования их для орошения и удобрения сельскохозяйственных угодий, а также доочистки в естественных условиях.

Влияние сточных вод на природные комплексы изучено недостаточно. Основная цель проводимых исследований -- установление воздействия этих стоков на почвенный покров, природные воды, атмосферу, изменение качества сельскохозяйственной продукции, здоровье людей и животных.

Большинство исследователей считают, что решающий фактор, исключающий или ослабляющий отрицательное влияние сточных вод на окружающую среду, -- режим орошения. Обеспечение максимальной эффективности земледельческих полей орошения (ЗПО) как водоохранного и мелиоративного мероприятия (наличие оросительной сети, дренажа, буферных площадок, лесных насаждений и т.д.) во многом зависит от культуры их эксплуатации и степени благоустройства.

В условиях крайне ограниченных водных ресурсов аридной зоны использование хозяйственно-бытовых сточных вод (СВ) городов для полевого кормопроизводства на легких почвах ЗПО позволяет одновременно решать комплекс актуальных задач: развитие кормовой базы пригородного животноводства, санитарно-гигиенический и экологический аспекты, рациональное использование воды.

При определенных условиях применение высоких оросительных норм сточных вод сопровождается образованием под ЗПО опресненного «бугра растекания» грунтовых вод и может вызвать вторичное засоление почв. Поэтому необходимость строительства дренажной системы определяется конкретной гидрогеологической обстановкой (глубина верховодки, сложение водовмещаюших пород, условия оттока грунтовых вод и т.д.). Дренажные воды направляют для повторного использования на ЗПО.

Отдельные категории сточных вод, отличающиеся сложностью химического состава, присутствием ряда токсичных веществ, не используют для орошения сельскохозяйственных культур. Так, химически загрязненные сточные воды Волжского химкомбината после прохождения систем механической и биологической очистки направляют на естественное испарение, что потребовало отведения под испаритель около 5000 га ценных сельскохозяйственных земель. Накопление же больших объемов химически загрязненных вод представляет серьезную опасность для окружающей среды.

Такие категории сточных вод целесообразно применять для орошения древесных насаждений. Присутствие в этих водах остаточных веществ, которые обладают кумулятивными и канцерогенными свойствами, в данном случае не имеет значения, указанные посадки не предназначены для пищевых и кормовых целей.

Самый надежный и экономически выгодный метод утилизации осадков -- использование ОСВ в качестве удобрения сельскохозяйственных культур при том условии, что необходимо исключить возможность загрязнения почв.

Для сохранения почвенного плодородия объемы внесения традиционных видов органических удобрений недостаточны. Их дефицит особенно велик в пригородных хозяйствах. По мнению большинства специалистов, сельскохозяйственное использование отходов -- один из способов, который позволит решить ряд проблем: предотвратить загрязнение биосферы; ликвидировать угрозу дефицита пресной воды; увеличить производство и применение органических удобрений, превратить очистные сооружения и мусороперерабатывающие заводы в самоокупаемые рентабельные предприятия.