Загрязнение воды причины кратко. Проблема загрязнения воды

Наличие пресной чистой воды – необходимое условие существования всех живых организмов на планете.

На долю пресной воды, пригодной к употреблению, приходится всего 3 % от общего ее количества.

Несмотря на это, человек в процессе своей деятельности нещадно загрязняет ее.

Таким образом, очень большой объем пресных вод сейчас стал совершенно непригодным. Резкое ухудшение качества пресной воды произошло в результате загрязнения ее химическими и радиоактивными веществами, ядохимикатами, синтетическими удобрениями и канализационными стоками и это уже .

Виды загрязнений

Понятно, что все виды загрязнений, которые существуют, присутствуют и в водной среде.

Это достаточно обширный список.

Во многом решение проблемы загрязнения будет .

Тяжелыми металлами

В процессе деятельности крупных заводов в пресную воду сбрасываются промышленные стоки, состав которых изобилует различного рода тяжелыми металлами. Многие из них, попадая в организм человека, оказывают на него пагубное воздействие, приводящее к сильному отравлению, смерти. Такие вещества называют ксенобиотиками, то есть элементами, которые чужды живому организму. К классу ксенобиотиков относят такие элементы, как кадмий, никель, свинец, ртуть и многие другие.

Известны источники загрязнений воды данными веществами. Это прежде всего металлургические предприятия, автомобильные заводы.

Естественные процессы на планете тоже могут способствовать загрязнению. Например, вредные соединения в большом количестве содержатся в продуктах вулканической активности, которые время от времени попадают в озера, загрязняя их.

Но, безусловно, антропогенный фактор здесь имеет решающее значение.

Радиоактивными веществами

Развитие ядерной промышленности нанесло существенный вред всему живому на планете, в том числе и водоемам с пресной водой. В процессе деятельности ядерных предприятий образуются радиоактивные изотопы, в результате распада которых выделяются частицы с разной проникающей способностью (альфа-, бета- и гамма-частицы). Все они способны нанести живым существам непоправимый вред, так как при попадании в организм данные элементы повреждают его клетки и способствуют развитию онкологических заболеваний.

Источниками загрязнений могут служить:

атмосферные осадки, выпадающие в районах, где проводятся ядерные испытания;
сточные воды, сбрасываемые в водоем предприятиями ядерной промышленности.
суда, работающие с использованием ядерных реакторов (при аварии).

Неорганические загрязнения

Основными неорганическими элементами, ухудшающими качество воды в водоемах, считаются соединения токсичных химических элементов. К ним относятся ядовитые соединения металлов, щелочи, соли. В результате попадания данных веществ в воду состав ее меняется, для употребления живыми организмами.

Основным источником загрязнения являются сточные воды крупных предприятий, заводов, шахт. Некоторые неорганические загрязнители усиливают свои негативные свойства, находясь в кислой среде. Так, кислые сточные воды, поступающие из угольной шахты, несут в себе алюминий, медь, цинк в концентрациях, весьма опасных для живых организмов.

Ежедневно в водоемы поступает огромное количество воды из канализационных стоков.

В такой воде содержится масса загрязняющих веществ. Это и частицы моющих средств, мелкие остатки пищи и бытовых отходов, фекалий. Эти вещества в процессе своего разложения дают жизнь многочисленным патогенным микроорганизмам.

Попадание их в организм человека может спровоцировать ряд серьезных заболеваний, таких как дизентерия, брюшной тиф.

Из больших городов такие стоки попадают в реки, и океан.

Синтетическими удобрениями

В синтетических удобрениях, используемых человеком, содержится много вредных веществ, таких как нитраты и фосфаты. Попадание их в водоем провоцирует чрезмерный рост специфической сине-зеленой водоросли. Разрастаясь до огромных размеров, она препятствует развитию других растений в водоеме, при этом сама водоросль не может служить пищей для живых организмов, обитающих в воде. Все это приводит к исчезновению жизни в водоеме и его заболачиванию.

Как разрешить проблему загрязнения воды

Безусловно, пути решения этой проблемы есть.

Известно, что большая часть загрязняющих элементов поступает в водоемы вместе со сточными водами крупных предприятий. Очистка воды – один из путей решения проблемы загрязнения воды. Владельцы предприятий должны озаботиться установкой качественных очистных сооружений. Наличие таких устройств, конечно, не способно полностью прекратить выброс отравляющих веществ, но значительно снизить их концентрацию вполне им под силу.

Также с загрязнениями питьевой воды помогут бороться бытовые фильтры, которые очистят ее в доме.

Заботиться о чистоте пресной воды должен и сам человек. Соблюдение нескольких простых правил поможет в значительной степени снизить уровень загрязнения воды:

Необходимо экономно использовать водопроводную воду.
Избегайте попадания бытовых отходов в канализационную систему.
По возможности очищайте от мусора близлежащие водоемы и пляжи.
Не используйте синтетические удобрения. Лучше всего в качестве удобрений подойдут органические бытовые отходы, скошенная трава, опавшие листья либо компост.
Утилизируйте выбрасываемый мусор.

Несмотря на то что проблема загрязнения воды в настоящее время достигает угрожающих масштабов, решить ее вполне возможно. Для этого каждый человек должен приложить некоторые усилия, бережнее относиться к природе.

Одноклассники

2 Комментария

Каждый знает, что процент воды в теле человека велик и от ее качества будет зависеть наш метаболизм и здоровье в целом. Путями решения этой экологической проблемы применительно к нашей стране я вижу: урезание норм водопотребления по минимуму, а что сверх – так по завышенным тарифам; полученные средства отдать на развитие водоочистных сооружений (очистку активным илом, озонирование).

Вода – источник всего живого. Без неё не могут ни люди, ни животные. Я не думала, что проблемы с пресной водой настолько велики. Но ведь невозможно жить полноценной жизнью без шахт, канализаций, фабрик и т.д. В будущем, конечно, у человечества появится решение этой проблемы, но что делать сейчас? Я считаю, что люди должны активно заняться вопросом о воде и принять какие-либо меры.

Дураханова Суна Джалаловна

Целями нашего мини исследования являются:

Анализ состояния водных обектов в окрестностях нашего села;

Выявление причин нерационального использования воды;

Возможные пути исправления ситуации.

Скачать:

Предварительный просмотр:

ВСЕМИРНЫЙ ДЕНЬ ВОДЫ

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

ЗАГРЯЗНЕНИЕ СТОЧНЫХ ВОД:

ПУТИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ

Выполнила: Дураханова Суна Джалаловна,

ученица 9 а класса Микрахской СОШ

Докузпаринского района РД

Руководитель: Раджабов Руслан Раджабович,

учитель биологии Микрахской СОШ

2012 год

КРАТКАЯ АННОТАЦИЯ

Бесполезно говорить о ценности и значении воды для всего живого на Земле, все это знают. Но, даже понимая все важность роли воды в жизни, люди все равно продолжают жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами. Кроме того, для многих живых существ вода служит и средой обитания. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Рост населения, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы использования воды. Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.

ЦЕЛИ

Целями нашего мини - исследования являются:

анализ состояния водных объектов в окрестностях нашего села;
выявление причин нерационального использования воды;
возможные пути исправления ситуации.

1. УВЕЛИЧЕНИЕ ТЕМПОВ ПОТРЕБЛЕНИЯ ВОДЫ

По нашим подсчетам, примерно 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве. Значительное количество воды расходуется на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.

Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Но в горных и предгорных районах, к которым относиться и наш район, эта проблема неощутима. Во-первых, потому, что наша природа довольно щедра родниками, ручейками, малыми реками и другими источниками пресной воды. Во-вторых, их запасы не иссякают, так как их питают атмосферные осадки, которые здесь выпадают в изобилии, а в летное время – еще и ледники. Но иметь, это не значить, что мы должны безрассудно и не по-хозяйски относиться к этому бесценному дару природы.

Раньше для целой семьи из нескольких человек достаточно было всего несколько кувшинов воды на целые сутки. Воду, как и труд приносящих её женщин, умели ценить. Теперь ситуация изменилась. В последние годы водопроводной водой обеспечено каждое хозяйство в селе. Построены бани, бассейны, имеющие автотранспорт соорудили автомойки во дворе. С каждым годом увеличивается диаметр водопроводных труб, но снижается культура потребления воды. К слову сказать, обеспечив себя водопроводными кранами, не многие подумали о том, куда эта вода будет потом стекать. Как результат, и без того неприглядные дороги и улочки зимой превращаются в экстремальный каток, а летом – полны луж и грязи. В нашем районе площади, охваченные влаголюбивыми культурами (в первую очередь – капуста), постоянно увеличиваются. Это ведёт к значительному увеличению потребления водных ресурсов. Поэтому, с началом оросительного сезона в направлении к сельскохозяйственным угодьям буквально хлынут неуправляемые потоки поливной воды по нескольким каналам. Изымая воду из верховьев реки Чахичай, она теряется на тысячах гектарах сельхозугодий. В результате увеличилось количество оползней и потенциально опасных участков в черте села.

Драматичность ситуации заключается ещё и в том, что для решения этой проблемы никто и ничего не предпринимает. Для районных и местных администраций отсутствие жалоб со стороны населения и обеспеченность граждан питьевой и поливной водой, наоборот, является предметом гордости, чем проблемой.

2. ВОЗМОЖНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ

С увеличением площадей орошаемых земель увеличивается объем дренажных (сточных) вод. Они образуются в результате периодических поливов, когда отмечается избыточный сток вод. В большом объёме дренажные воды сбрасываются в реки Чахичай и Самур. Другая проблема – вымывание (рассоление) почв. В этих случаях повышается минерализация речных вод. Следует иметь в виду, что с дренажными водами, которые стекают в реки, при водоотведении выносятся биогенные вещества, пестициды и другие химические соединения, оказывающие вредное воздействие на природные воды. Многие из примесей в воде являются природными и попадают туда вместе с дождем или грунтовыми водами. Тот же путь проходят и некоторые из загрязняющих веществ, связанных с деятельностью человека. Дым, пепел и промышленные газы вместе с дождем оседают на землю; химические соединения и нечистоты, внесенные в почву с удобрениями, попадают в реки с грунтовыми водами.

В местах большого скопления людей и животных природной чистой воды обычно не хватает, особенно если ее используют для сбора нечистот и переноса их подальше от населенных пунктов. Если нечистот в почву попадает не много, почвенные организмы перерабатывают их, заново используя питательные вещества, и в соседние водотоки просачивается уже чистая вода. Но если нечистоты попадают сразу в воду, они гниют, и на их окисление расходуется кислород. Создается так называемая биохимическая потребность в кислороде. Чем выше эта потребность, тем меньше кислорода остается в воде для живых микроорганизмов, особенно для рыб и водорослей. Иногда из-за недостатка кислорода гибнет все живое. Вода становиться биологически мертвой - в ней остаются только анаэробные бактерии; они процветают без кислорода и в процессе своей жизнедеятельности выделяют сероводород - ядовитый газ со специфическим запахом тухлых яиц. И без того безжизненная вода приобретает гнилостный запах и становится совсем непригодной для человека и животных. Подобное может произойти и при избытке в воде таких веществ, как нитраты и фосфаты; они попадают в воду из сельскохозяйственных удобрений на полях или из сточных вод, загрязненных моющими средствами. Эти биогенные вещества стимулируют рост водорослей, которые начинают потреблять много кислорода, а когда его становится недостаточно, они гибнут. Органические отбросы, биогенные вещества становятся помехой для нормального развития пресноводных экологических систем. Но в последние годы на экологические системы обрушились огромные количества абсолютно чужеродных веществ, от которых они не знают защиты. Пестициды, применяемые в сельском хозяйстве, металлы и химикалии из промышленных сточных вод сумели проникнуть в пищевую цепь водной среды, что может иметь непредсказуемые последствия. Виды, стоящие в начале пищевой цепи, могут накапливать эти вещества в опасных концентрациях и становятся еще более уязвимыми для других вредных воздействий.

3.ПУТИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ

Загрязненную воду можно очистить. Круговорот воды, этот долгий путь ее движения, состоит из нескольких стадий: испарения, образования облаков, выпадения дождя, стока в ручьи и реки и снова испарения. На всем своем пути вода сама способна очищаться от попадающих в нее загрязнений - продуктов гниения органических веществ, растворенных газов и минеральных веществ, взвешенного твердого материала. Но загрязненным бассейнам (рекам, озерам и т. п.) для восстановления требуется значительно больше времени. В своем нескончаемом кругообороте вода то захватывает и переносит множество растворенных или взвешенных веществ, то очищается от них. Промышленные выбросы не только засоряют, но и отравляют сточные воды. А дорогостоящие приспособления для очистки таких вод пока еще недоступны.

Для очистки дренажных вод необходимо организовать их деминерализацию с одновременной очисткой от вредных примесей.

Развивая орошение, необходимо в его основу заложить водосберегающую технологию полива, способствующую резкому увеличению эффективности этого вида мелиорации. Но до сих пор коэффициент полезного действия оросительной сети остаётся невысоким, потери воды составляют примерно 30% от общего объёма её забора.

Существенным резервом нормированного использования влаги является правильный

выбор и рациональное применение различных способов полива сельскохозяйственных угодий. Для экономии воды в развитых странах применяют полив методом дождевания, что обеспечивает почти 50% экономии воды.

Чтобы природные системы сумели восстановиться, необходимо прежде всего прекратить дальнейшее поступление отходов в реки. Для защиты вод от загрязнения необходимо знать характер и интенсивность возможного вредного влияния загрязнений при тех или иных их концентрациях и особенно предел допустимых концентраций (ПДК) загрязнений вод. Последний не должен превышаться, чтобы не нарушить нормальные условия культурно-бытового водопользования и не нанести ущерб здоровью населения, расположенных ниже по течению от места выпуска сточных вод.

Очистные сооружения бывают разных типов в зависимости от основного способа обезвреживания нечистот. При механическом методе нерастворимые примеси удаляют из сточных вод через систему отстойников и разного рода ловушек. В прошлом этот способ находил самое широкое применение для очистки промышленных стоков. Сущность химического метода заключается в том, что на очистных станциях в стоки вносят реагенты. Они вступают в реакцию с растворенными и нерастворенными загрязняющими веществами и способствуют их выпадению в отстойниках, откуда их удаляют механическим путем. Но этот способ непригоден для очистки стоков, содержащих большое количество разнородных загрязнителей.

При очистке бытовых стоков наилучшие результаты дает биологический метод. В этом случае для минерализации органических загрязнений используют аэробные биологические процессы, осуществляемые с помощью микроорганизмов. Биологический метод можно применяют как в условиях, приближенных к естественным, так и в специальных биоочистных сооружениях.

4.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Авакян А.Б., Широков В.М. «Рациональное использование водных ресурсов». Екатеринбург: «Виктор», 1994.

2. Черкинский С.Н. «Санитарные условия спуска сточных вод в водоёмы».

Москва: «Стройиздат», 1977.

Вода является одним из важнейших природных ресурсов, и в наших силах предотвратить ее загрязнение. Незначительные изменения в привычках, например, применение натуральных чистящих средств вместо токсичных химикатов дома, выращивание деревьев и цветов в саду, могут сыграть огромное значение. Для более масштабных изменений старайтесь не замалчивать факты сбросов грязных стоков предприятий в местные водоемы. Любое действие может привести к положительному результату.

Шаги

Изменение привычек по ведению домашнего хозяйства

Используйте как можно меньше химических средств при уборке дома. Этот простой шаг может значительно повлиять на ситуацию. Использование таких токсичных химикатов, как отбеливатель или аммиак, не только вредно для водных ресурсов, но в них просто нет необходимости. Натуральные чистящие средства также эффективны для ухода за домашним хозяйством, но они не вредят окружающей среде и водным ресурсам планеты.

Утилизируйте отходы правильно. Никогда не сливайте в канализацию отходы, которые не разлагаются. Когда вы пользуетесь токсичными веществами, такими как красками или аммиаком, примите меры по их правильной утилизации. Если вы не знаете, как их правильно утилизировать, проконсультируйтесь в пункте сбора опасных отходов или поищите информацию в интернете. Вот список некоторых веществ, которые никогда нельзя сливать в канализацию:

Краски
Моторное масло
Растворители и очистители
Аммиак
Химикаты для бассейна

Не смывайте лекарства в канализацию. Лекарства сделаны из веществ, которые могут оказаться вредными для окружающей среды. Если у вас есть просроченные лекарства, сдайте их в пункт приема опасных отходов, например в мобильные пункты приема – «Экомобили». Так лекарства не попадут в водоем, не причинят вреда людям и животным.

Не смывайте мусор в канализацию. Смывая в унитаз такие предметы, как памперсы, влажные салфетки, пластиковые аппликаторы от тампонов, вы можете создать проблемы с канализацией. К тому же эти предметы будут засорять реки и озера, а это может погубить рыб и других речных и морских обитателей. Вместо смывания таких предметов в унитаз, соответственно, просто выбросьте их в помойку.
- Вы можете использовать тканевые подгузники, туалетную бумагу из вторсырья, биоразлагаемые тампоны, чтобы максимально сократить предметы, которые в конечном итоге оказываются на свалке.
Экономьте как можно больше воды. Экономия воды очень важна для сохранения водных ресурсов планеты. Очистка питьевой воды и воды для ведения домашнего хозяйства требует много усилий и энергоресурсов, поэтому экономьте как можно больше воды, особенно во время засухи. Вот некоторые полезные привычки, которые помогут вам экономить воду:

Старайтесь не использовать пластик. Так как пластик не биоразлагаемый, он скапливается в реках, озерах, морях, потому что ему больше некуда деться. Например, Большое тихоокеанское мусорное пятно, или Восточный мусорный континент, или Тихоокеанский «мусороворот» - мусор, скопившийся в Тихом океане. Мусор, загрязняющий реки, моря и озера, наносит ущерб морским обитателям и людям. По возможности, используйте стеклянные контейнеры или тканевые пакеты вместо пластика.
Собирайте и компостируйте садовые отходы. Если отходы хранить как попало, они могут попасть в канализацию, канавы, стоки. Даже если ваши отходы не содержат гербицидов и пестицидов, большое количество веток, листьев, скошенной травы могут перенасытить воду питательными элементами.
- Храните компост в ящике или бочке, чтобы компост не размывался по участку. В некоторых странах такие ящики предоставляются бесплатно, или по низкой цене.
- Используйте газонокосилку с мульчированием вместо газонокосилки с мешком для сбора травы. Газонокосилку с мульчированием добавляет натуральный слой компоста на вашей лужайке, к тому же вам не надо иметь дело с утилизацией скошенной травы.
- Правильно утилизируйте садовые отходы и скошенную траву. Если у вас нет компоста, узнайте, есть ли в вашем регионе пункты по утилизации таких отходов.
Следите за состоянием вашей машины. Если в машине подтекает бензин или другие жидкости, помните, что они попадают вводу через почву. Регулярно проводите техосмотр машины, своевременно ликвидируйте все неисправности.
- В дополнение к вышесказанному, не забывайте правильно утилизировать моторное масло вместо того, чтобы просто выливать его в канализацию.
Распространение ваших идей и достижений
1. Будьте активны в школе или на работе. В школе или на работе вы можете предпринимать те же шаги, что и дома. Изучите правила школы или офиса, определите, в какие области необходимо внести изменения, чтобы улучить ситуацию с состоянием воды и окружающей среды в целом. Вовлекайте в этот процесс друзей, учителей, коллег, рассказывайте им о возможностях сохранения чистоты воды.
  - Например, вы можете порекомендовать экологически безвредные средства по уборке в вашей школе или офисе, рассказать, какие из этих средств наиболее эффективны.
  - Вы можете расставлять знаки, напоминающие людям о необходимости экономии воды на кухне и в ванной.
2. Помогайте убирать мусор вокруг водоемов. Если вы живете недалеко от местного водного источника, вы многое можете сделать для того, чтобы защитить его от загрязнения. Узнайте, организовываются ли субботники по уборке близлежащих к водоему территорий, обязательно участвуйте в такой уборке в качестве волонтера, чтобы очистить берега реки, озера, моря.

Загрязнение воды

Любые действия, производимые человеком с водой, приводят к изменению как ее физических свойств (например при нагревании), так и химического состава (в местах промышленных стоков). С течением времени попавшие в воду вещества группируются и остаются в ней уже в одном и том же состоянии. К первой категории относятся бытовые и большая часть промышленных стоков. Во вторую группу входят различные виды солей, пестициды, красители. Давайте же рассмотрим некоторые загрязняющие факторы на более близком расстоянии.

Населенные пункты

Это один из основных факторов, влияющих на состояние воды. Потребление жидкости на одного человека в сутки в Америке равно 750 литрам. Конечно это не то количество, которое необходимо выпить. Человек потребляет воду, когда моется, использует ее для приготовления пищи, пользуется туалетом. Основной слив идет в канализацию. Загрязнение воды при этом увеличивается в зависимости от количества проживающих в населенном пункте жителей. Каждый город имеет свои очистные сооружения, в них канализационные стоки проходят очистку от бактерий и вирусов, способных серьезно навредить организму человека. Очищенная жидкость сбрасывается в реки. Загрязнение воды бытовыми стоками усиливается и оттого, что кроме бактерий в ней присутствуют остатки пищи, мыло, бумага и другие вещества, негативно влияющие на ее состояние.

Промышленность

Любое развитое государство должно иметь свои заводы и фабрики. Это наиболее крупный фактор, осуществляющий загрязнение воды. Жидкость используется в технологических процессах, она служит как для охлаждения, так и для подогрева продукта, различные водные растворы используются в химических реакциях. Более 50% всех сливов дают четыре основных потребителя жидкости: нефтеперерабатывающие заводы, сталелитейные и доменные цеха, целлюлозно-бумажная промышленность. Ввиду того что утилизация вредных отходов зачастую на порядок дороже их первичной очистки, то в большинстве случаев вместе с промышленными стоками в водоемы сбрасывается большое количество самых разных веществ. Химическое загрязнение воды приводит к нарушению всей экологической обстановки в целом регионе.

Тепловое воздействие

Большинство электростанций в работе используют энергию пара. Вода в этом случае выступает в роли охладителя, после прохождения процесса она просто сбрасывается обратно в реку. Температура течения в таких местах может повыситься на несколько градусов. Такое воздействие называется тепловым загрязнением воды, однако против этого термина существует ряд возражений, так как в некоторых случаях повышение температуры может привести и к улучшению экологической обстановки.

Загрязнение воды нефтью

Углеводороды - один из основных источников энергии на всей планете. Крушения танкеров, порывы на нефтепроводах образуют на водной поверхности пленку, через которую не может поступить воздух. Пролитые вещества обволакивают морских обитателей, что зачастую приводит к их гибели. В устранении загрязнения участвуют как добровольцы, так и спецтехника. Вода - это живительный источник. Именно она дает жизнь практически каждому существу на нашей планете. Халатное и безответственное отношение к ней приведет к тому, что Земля просто превратится в выжженную солнцем пустыню. Уже сейчас в некоторых странах испытывается недостаток воды. Конечно, существуют проекты по использованию арктических льдов, но лучшее решение проблемы - это снижать общее загрязнение воды.

Введение

1. Суть проблемы чистой воды

1.1 Сокращение запасов пресных вод

1.2 Загрязнение воды бытовыми, сельскохозяйственными и промышленными стоками

1.3 Тепловое загрязнение воды

1.4 Нефтяное загрязнение Мирового океана

1.5 Другие загрязнения водных ресурсов

2. Возможные пути решения

2.1 Очищение воды

2.2 Повторное использование воды

2.3 Опреснение солёных вод

Заключение

Список использованных источников

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

Можно, пожалуй, сказать, что

назначение человека как бы

заключается в том, чтобы

уничтожить свой род,

предварительно сделав земной шар

непригодным для обитания.

Ж.-Б. Ламарк

Когда-то люди довольствовались водой, которую они находили в реках, озерах, ручьях и колодцах. Но с развитием промышленности и ростом населения появилась необходимость гораздо тщательнее управлять водоснабжением, чтобы избежать вреда для здоровья человека и ущерба окружающей среды.

Прежде неисчерпаемый ресурс - пресная чистая вода - становиться исчерпаемым. Сегодня воды, пригодной для питья, промышленного производства и орошения, не хватает во многих районах мира. Уже сейчас из-за диоксинового загрязнения водоемов в России ежегодно погибает 20 тыс. человек.

Выбранная мною тема в настоящее время актуальна как никогда, ведь если не мы, то уж наши дети точно ощутят в полной мере влияние антропогенного загрязнения окружающей среды. Однако, если во время распознать проблему и следовать путям её решения, то экологической катастрофы можно избежать.

Цель данной работы - познакомиться с проблемой чистой воды как с глобальной экологической проблемой. Существенное внимание при этом будет уделяться причинам, экологическим следствиям и возможным путям решения данной проблемы.

1. Суть проблемы чистой воды

Среди химических соединений, с которыми человеку приходится сталкиваться в своей повседневной жизни, вода, пожалуй, -- самое привычное и в то же время самое странное. Её удивительные свойства всегда привлекали к себе внимание ученых, а в последние годы стали вдобавок и поводом для разнообразных околонаучных спекуляций. Вода -- не пассивный растворитель, как принято считать, это активное действующее лицо в молекулярной биологии; при замерзании она расширяется, а не уменьшается в объеме, как большинство жидкостей, достигая наибольшей плотности при 4 °C. Пока никто из теоретиков, работающих над общей теорией жидкостей, не приблизился к описанию её странных свойств.

Отдельного упоминания достойны слабые водородные связи, благодаря которым молекулы воды образуют на короткое время довольно сложные структуры. Много шума наделала опубликованная в 2004 году в журнале Science статья Ларса Петтерсона (Lars Pettersson) и его коллег из Стокгольмского университета (Stockholm University). В ней, в частности, утверждалось, что каждая молекула воды связана водородными связями в точности с двумя другими. Из-за этого возникают цепи и кольца, длиной порядка сотен молекул. Именно на этом пути исследователи надеются найти рациональное объяснение странностей воды.

Но для жителей нашей планеты вода в первую очередь интересна не этим: без чистой питьевой водывсе они просто вымрут, а доступность её с годами становится все более проблематичной. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в настоящее время 1,2 млрд. человек не имеют её в необходимом количестве, миллионы людей умирают ежегодно от болезней, вызванных растворенными в воде веществами. В январе 2008 года на Всемирном экономическом форуме ООН (World Economic Forum Annual Meeting 2008), проходившем в Швейцарии, утверждалось, что к 2025 году население более половины стран мира будет испытывать недостаток в чистой воде, а к 2050 году -- 75%.

Проблема чистойводы надвигается со всех сторон: так например, ученые предполагают, что в ближайшие 30 лет таяние ледников (одни из основных запасов пресной воды на Земле) приведет к сильным скачкам в уровне многих крупных рек, таких как Брахмапутра, Ганг, Хуанхэ, что поставит полтора миллиарда жителей Юго-Восточной Азии под угрозу нехватки питьевой воды. При этом уже сейчас расход воды, например, из реки Хуанхэ настолько велик, что она периодически не достигает моря.

1.1 Сокращение запасов пресных вод

Пресные водные ресурсы существуют благодаря вечному круговороту воды. В результате испарения образуется гигантский объем воды, достигающий 525 тыс. км3 в год. 86% этого количества приходится на соленые воды Мирового океана и внутренних морей - Каспийского, Аральского и др.; остальное испаряется на суше, причем половина благодаря транспирации влаги растениями. Каждый год испаряется слой воды толщиной примерно 1250 мм. Часть ее вновь выпадает с осадками в океан, а часть переносится ветрами на сушу и здесь питает реки и озера, ледники и подземные воды. Природный дистиллятор питается энергией Солнца и отбирает примерно 20% этой энергии.

Всего 2% гидросферы приходится на пресные воды, но они постоянно возобновляются. Скорость возобновления и определяет доступные человечеству ресурсы. Большая часть пресных вод (85%) сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Скорость водообмена здесь меньше, чем в океане, и составляет 8000 лет. Поверхностные воды суши обновляются примерно в 500 раз быстрее, чем в океане. Еще быстрее, примерно за 10-12 суток, обновляются воды рек. Наибольшее практическое значение для человечества имеют пресные воды рек.

Реки всегда были источником пресной воды. Но в современную эпоху они стали транспортировать отходы. Отходы на водосборной территории по руслам рек стекают в моря и океаны. Большая часть использованной речной воды возвращается в реки и водоемы в виде сточных вод. До сих пор рост очистных сооружений отставал от роста потребления воды. И на первый взгляд в этом заключается корень зла. На самом деле все обстоит гораздо серьезнее. Даже при самой совершенной очистке, включая биологическую, все растворенные неорганические вещества и до 10% органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Такая вода вновь может стать пригодной для потребления только после многократного разбавления чистой природной водой. И здесь для человека важно соотношение абсолютного количества сточных вод, хотя бы и очищенных, и водного стока рек.

Мировой водохозяйственный баланс показал, что на все виды водопользования тратится 2200 км воды в год. На разбавление стоков уходит почти 20% ресурсов пресных вод мира. Расчеты на 2000 г. в предположении, что нормы водопотребления уменьшатся, а очистка охватит все сточные воды, показали, что все равно ежегодно потребуется 30-35 тыс. км3 пресной воды на разбавление сточных вод. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Ведь 1 км3 очищенной сточной воды "портит" 10 км3 речной воды, а не очищенной - в 3-5 раз больше. Количество пресной воды не уменьшается, но ее качество резко падает, она становится не пригодной для потребления.

Человечеству придется изменить стратегию водопользования. Необходимость заставляет изолировать антропогенный водный цикл от природного. Практически это означает переход на замкнутое водоснабжение, на маловодную или малоотходную, а затем на "сухую" или безотходную технологию, сопровождающуюся резким уменьшением объемов потребления воды и очищенных сточных вод.

Запасы пресной воды потенциально велики. Однако в любом районе мира они могут истощиться из-за нерационального водопользования или загрязнения. Число таких мест растет, охватывая целые географические районы. Потребность в воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения мира. Объем потребляемой воды зависят от региона и уровня жизни и составляет от 3 до 700 л в сутки на одного человека.

Потребление воды промышленностью также зависит от экономического развития данного района. Например, в Канаде промышленность потребляет 84% всего водозабора, а в Индии - 1%. Наиболее водоемкие отрасли промышленности - сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит почти 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности (см. приложение). В среднем в мире на промышленность уходит примерно 20% всей потребляемой воды. Главный же потребитель пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 70-80% всей пресной воды. Орошаемое земледелие занимает лишь 15-17% площади сельскохозяйственных угодий, а дает половину всей продукции. Почти 70% посевов хлопчатника в мире существует благодаря орошению.

Суммарный сток рек СНГ (СССР) за год составляет 4720 км. Но распределены водные ресурсы крайне неравномерно. В наиболее обжитых регионах, где проживает до 80% промышленной продукции и находится 90% пригодных для сельского хозяйства земель, доля водных ресурсов составляет всего 20%. Многие районы страны недостаточно обеспечены водой. Это юг и юго-восток европейской части СНГ, Прикаспийская низменность, юг Западной Сибири и Казахстана, и некоторые другие районы Средней Азии, юг Забайкалья, Центральная Якутия. Наиболее обеспечены водой северные районы СНГ, Прибалтика, горные районы Кавказа, Средней Азии, Саян и Дальнего Востока.

Сток рек изменяется в зависимости от колебаний климата. Вмешательство человека в естественные процессы затронуло уже и речной сток. В сельском хозяйстве большая часть воды не возвращается в реки, а расходуется на испарение и образование растительной массы, так как при фотосинтезе водород из молекул воды переходит в органические соединения. Для регулирования стока рек, не равномерного в течение года, построено 1500 водохранилищ (они регулируют до 9% всего стока). На сток рек Дальнего Востока, Сибири и Севера европейской части страны хозяйственная деятельность человека пока почти не повлияла. Однако в наиболее обжитых районах он сократился на 8%, а у таких рек, как Терек, Дон, Днестр и Урал на 11-20%. Заметно уменьшился водный сток в Волге, Сырдарье и Амударье. В итоге сократился приток воды к Азовскому морю - на 23%, к Аральскому - на 33%. Уровень Арала упал на 12,5 м.

Ограниченные и даже скудные во многих странах запасы пресных вод значительно сокращаются из-за загрязнения. Обычно загрязняющие вещества разделяют на несколько классов в зависимости от их природы, химического строения и происхождения.

1.2 Загрязнение воды быт овыми, сельскохозяйственными и промышленными стоками.

Органические материалы поступают из бытовых, сельскохозяйственных или промышленных стоков. Их разложение происходит под действием микроорганизмов и сопровождается потреблением растворенного в воде кислорода. Если кислорода в воде достаточно и количество отходов невелико, то аэробные бактерии довольно быстро превращают их в сравнительно безвредные остатки. В противном случае деятельность аэробных бактерий подавляется, содержание кислорода резко падает, развиваются процессы гниения. При содержании кислорода в воде ниже 5 мг на 1 литр, а в районах нереста - ниже 7 мг многие виды рыб погибают.

Болезнетворные микроорганизмы и вирусы содержатся в плохо обработанных или совсем не обработанных канализационных стоках населенных пунктов и животноводческих ферм. Попадая в питьевую воду, патогенные микробы и вирусы вызывают различные эпидемии, такие, как вспышки сальмонеллиоза, гастроэнтерита, гепатита и др. В развитых странах в настоящее время распространение эпидемий через общественное водоснабжение происходит редко. Могут быть заражены пищевые продукты, например овощи, выращиваемые на полях, которые удобряются шламами после очистки бытовых сточных вод (от нем. Schlamme - буквально грязь). Водные беспозвоночные, например устрицы или другие моллюски, из зараженных водоемов служили часто причиной вспышек брюшного тифа.

Питательные элементы, главным образом соединения азота и фосфора, поступают в водоемы с бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами. Увеличение содержания нитритов и нитратов в поверхностных и подземных водах ведет к загрязнению питьевой воды и к развитию некоторых заболеваний, а рост этих веществ в водоемах вызывает их усиленную эвтрофикацию (увеличение запасов биогенных и органических веществ, из-за чего бурно развиваются планктон и водоросли, поглощая весь кислород в воде).

К неорганическим и органическим веществам также относятся соединения тяжелых металлов, нефтепродукты, пестициды (ядохимикаты), синтетические детергенты (моющие средства), фенолы. Они поступают в водоемы с отходами промышленности, бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами. Многие из них в водной среде либо вообще не разлагаются, либо разлагаются очень медленно и способны накапливаться в пищевых цепочках.

Увеличение донных осадков относится к одному из гидрологических последствий урбанизации. Их количество в реках и водоемах постоянно возрастает из-за эрозии почв в результате неправильного ведения сельского хозяйства, сведения лесов, а также зарегулированности речного стока. Это явление приводит к нарушению экологического равновесия в водных системах, пагубно действует донные организмы.

1.3 Тепловое загрязнение воды

Источником теплового загрязнения служат подогретые сбросные воды теплоэлектростанций и промышленности. Повышение температуры природных вод изменяет естественные условия для водных организмов, снижает количество растворенного кислорода, изменяет скорость обмена веществ. Многие обитатели рек, озер или водохранилищ гибнут, развитие других подавляется.

Еще несколько десятилетий назад загрязненные воды представляли собой как бы острова в относительно чистой природной среде. Сейчас картина изменилась, образовались сплошные массивы загрязненных территорий.

1.4 Нефтяное загрязнение Мирового океана

Нефтяное загрязнение Мирового океана, несомненно, есть самое распространенное явление. От 2 до 4% водной поверхности Тихого и Атлантического океанов постоянно покрыто нефтяной пленкой. В морские воды ежегодно поступает до 6 млн. т нефтяных углеводородов. Почти половина этого количества связана с транспортировкой и разработкой месторождений на шельфе. Континентальное нефтяное загрязнение поступает в океан через речной сток.

Реки мира ежегодно выносят в морские и океанические воды более 1,8 млн. т нефтепродуктов.

В море нефтяное загрязнение имеет различные формы. Оно может тонкой пленкой покрывать поверхность воды, а при разливах толщина нефтяного покрытия вначале может составлять несколько сантиметров. С течением времени образуется эмульсия нефти в воде или воды в нефти. Позже возникают комочки тяжелой фракции нефти, нефтяные агрегаты, которые способны долго плавать на поверхности моря. К плавающим комочкам мазута прикрепляются разные мелкие животные, которыми охотно питаются рыбы и усатые киты. Вместе с ними они заглатывают и нефть. Одни рыбы от этого гибнут, другие насквозь пропитываются нефтью и становятся непригодны для употребления в пищу из-за неприятного запаха и вкуса..

Все компоненты нефти токсичны для морских организмов. Нефть влияет на структуру сообщества морских животных. При нефтяном загрязнении изменяется соотношение видов и уменьшается их разнообразие. Так, обильно развиваются микроорганизмы, питающиеся нефтяными углеводородами, а биомасса этих микроорганизмов ядовита для многих морских обитателей. Доказано, что очень опасно длительное хроническое воздействие даже небольших концентраций нефти. При этом постепенно падает первичная биологическая продуктивность моря. У нефти есть еще одно неприятное побочное свойство. Ее углеводороды способны растворять в себе ряд других загрязняющих веществ, таких, как пестициды, тяжелые металлы, которые вместе с нефтью концентрируются в приповерхностном слое и еще более отравляют его. Ароматическая фракция нефти содержит вещества мутагенной и канцерогенной природы, например бензпирен. Сейчас получены многочисленные доказательства наличия мутагенных эффектов загрязненной морской среды. Бензпирен активно циркулирует по морским пищевым цепочкам и попадает в пищу людей.

Наибольшие количества нефти сосредоточены в тонком приповерхностном слое морской воды, играющем особенно важную роль для различных сторон жизни океана. В нем сосредоточено множество организмов, этот слой играет роль "детского сада" для многих популяций. Поверхностные нефтяные пленки нарушают газообмен между атмосферой и океаном. Претерпевают изменения процессы растворения и выделения кислорода, углекислого газа, теплообмена, меняется отражательная способность (альбедо) морской воды.

Больше всего страдаю от нефти птицы, особенно когда загрязняются прибрежные воды. Нефть склеивает оперенье, оно утрачивает теплоизолирующие свойства, и, кроме того, птица, выпачканная в нефти, не может плавать. Птицы замерзают и тонут. Даже чистка перьев растворителями не позволяет спасти всех пострадавших. Остальные обитатели моря страдают меньше. Многочисленные исследования показали, что нефть, попавшая в море, не создаёт ни постоянной, ни долговременной опасности для живущих в воде организмов и не накапливает в них, так что её попадание в человека по пищевой цепи исключено.

По последним данным, значительный вред флоре и фауне может быть нанесен только в отдельных случаях. Например, гораздо опаснее сырой нефти изготовленные из нее нефтепродукты - бензин, дизельное топливо и так далее. Опасны высокие концентрации нефти на литорали (приливно-отливной зоне), особенно на песчаном берегу, в этих случаях концентрации нефти долго остается высокой, и она наносит много вреда. Но к счастью такие случаи редки.

Обычно при катастрофах танкеров нефть быстро расходится по воде, разбавляется, начинается её разложение. Показано, что углеводороды нефти могут без вред для морских организмов проходить через их пищеварительный тракт и даже через ткани: такие опыты проводились с крабами, двустворчатыми моллюсками, разными видами мелкой рыбы, и никаких вредных последствий дляподопытных животных не было обнаружено.

1.5 Другие загрязнения водных ресурсов

Хлорированные углеводороды, широко применяемые в качестве средств борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства, с переносчиками инфекционных болезней, уже многие десятилетия вместе со стоком рек и через атмосферу поступают в Мировой океан. ДДТ и его производные, полихлорбифенилы и другие устойчивые соединения этого класса сейчас обнаруживаются повсюду в Мировом океане, включая Арктику и Антарктику. Они легко растворимы в жирах и поэтому накапливаются в органах рыб, млекопитающих, морских птиц. Будучи ксенобиотиками, т. е. веществами полностью искусственного происхождения, они не имеют среди микроорганизмов своих "потребителей" и поэтому почти не разлагаются в природных условиях, а только накапливаются в Мировом океане. Вместе с тем они остротоксичны, влияют на кроветворную систему, подавляют ферментативную активность, сильно влияют на наследственность.

Вместе с речным стоком в океан поступают и тяжелые металлы, многие из которых обладают токсичными свойствами. Общая величина речного стока составляет 46 тыс. км воды в год. Вместе с ним в Мировой океан поступает до 2 млн. т. свинца, до 20 тыс. т. кадмия и до 10 тыс. т. ртути. Наиболее высокие уровни загрязнения имеют прибрежные воды и внутренние моря. Немалую роль в загрязнении Мирового океана играет и атмосфера. Так, например, до 30% всей ртути и 50% свинца, поступающих в океан ежегодно, переносится через атмосферу. По своему токсичному действию в морской среде особую опасность представляет ртуть. Под влиянием микробиологических процессов токсичная неорганическая ртуть превращается в гораздо более токсичные органические формы ртути. Накопленные благодаря биоаккумуляции в рыбе или в моллюсках соединения метилированной ртути представляют прямую угрозу жизни и здоровью людей. Вспомним хотя бы печально известную болезнь "минамато", получившую название от японского залива, где так резко проявилось отравление местных жителей ртутью. Она унесла немало жизней и подорвала здоровье многим людям, употреблявшим в пищу морские продукты из этого залива, на дне которого накопилось немало ртути от отходов близлежащего комбината. Ртуть, кадмий, свинец, медь, цинк, хром, мышьяк и другие тяжелые металлы не только накапливаются в морских организмах, отравляя тем самым морские продукты питания, но и самым пагубным образом влияют на обитателей моря. Коэффициенты накопления токсичных металлов, т. е. концентрация их на единицу веса в морских организмах по отношению к морской воде, меняются в широких пределах - от сотен до сотен тысяч, в зависимости от природы металлов и видов организмов. Эти коэффициенты показывают, как накапливаются вредные вещества в рыбе, моллюсках, ракообразных, планктонных и других организмах. Масштабы загрязнения продуктов морей и океанов так велики, что во многих странах установлены санитарные нормы на содержание в них тех или других вредных веществ. Интересно отметить, что при концентрации ртути в воде, только в 10 раз большей ее естественного содержания, загрязнение устриц уже превышает норму, установленную в некоторых странах. Это показывает, как близок тот предел загрязнения морей, который нельзя переступить без вредных последствий для жизни и здоровья людей.

2. Возможные пути решения

Для того чтобы избежать водного кризиса, разрабатываются новые технологии очистки и дезинфекции воды, её опреснения, а также методы её повторного использования. Однако помимо научных изысканий необходимы действенные методы организации контроля над водными ресурсами стран: к сожалению, в большинстве государств использованием и планированием водных ресурсов занимается несколько организаций (так, в США этим заняты более двадцати разных федеральных агентств). Эта тема стала основной для номера от 19 марта 2007 года научного журнала Nature. В частности, Марк Шеннон (Mark Shannon) и его коллеги из университета Иллинойса в Эрбане-Шампейн (США) провели обзор новых научных разработок и систем нового поколения в следующих областях: дезинфекции воды и удаления патогенов без использования избыточного количества химических реагентов и образования токсичных побочных продуктов; обнаружение и удаление загрязняющих веществ в низкой концентрации; повторное использование воды, а также опреснение морской и воды из внутренних водоемов. Что немаловажно, эти технологии должны быть относительно недорогими и пригодными к использованию в развивающихся странах.

2.1 Очищение воды

Дезинфекция особенно важна в развивающихся странах Юго-восточной Азии и Субсахары: именно там патогены, живущие в воде, чаще всего становятся причиной массовых заболеваний. Наряду с болезнетворными организмами -- такими, как гельминты (глисты), простейшие одноклеточные, грибы и бактерии, повышенную опасность представляют вирусы и прионы. Свободный хлор -- самый распространенный в мире (а также самый дешевый и один из самых эффективных) дезинфектор -- отлично справляется с кишечными вирусами, однако бессилен против вызывающих диарею криптоспоридий С.parvum или микобактерий. Ситуация осложняется и тем, что многие возбудители болезней живут в тонких биопленках на стенках водопроводных труб.

Новые эффективные методы дезинфекции должны состоять из нескольких барьеров: удаление с помощью физико-химических реакций (например, коагуляции, седиментации или мембранной фильтрации) и обезвреживание с помощью ультрафиолета и химических реагентов. Относительно недавно для фотохимического обезвреживания патогенов вновь стали использовать свет видимого спектра, а в некоторых случаях эффективно использование комбинирование УФ с хлором или с озоном. Правда, такой подход иногда вызывает появление побочных вредных веществ: например, от действия озона в воде, содержащей ионы бромида, может появиться канцероген бромат.

В Индии, где потребность в дезинфекции воды ощущается довольно остро, для этих целей применяется жавелевая вода.

В развивающихся странах используется технология дезинфекции водыв бутылях из полиэтилена терефталата (PET) с помощью, во-первых, солнечного света, во-вторых, гипохлорида натрия (этот метод используется в основном в сельской местности). Благодаря хлору удалось снизить частоту желудочно-кишечных заболеваний, однако в областях, где в воде содержится аммиак и органический азот, метод не работает: с этими веществами хлор образует соединения и становится неактивен.

Предполагается, что в будущем методы дезинфекции будут включать действие ультрафиолета и наноструктур. Ультрафиолетовое излучение эффективно в борьбе с бактериями, живущими в воде, с цистами простейших, однако не действует на вирусы. Тем не менее ультрафиолет способен активировать фотокаталитические соединения, например, титана (TiO2), которые в свою очередь способны убивать вирусы. Кроме того, новые соединения, такие как TiO2 с азотом (TiON) или с азотом и некоторыми металлами (палладием), могут активироваться излучением видимой части спектра, на что требуется меньше затрат энергии, чем при облучение ультрафиолетом, или даже просто солнечным светом. Правда, подобные установки для дезинфекции имеют крайне небольшую производительность.

Другой важной задачей в очищении воды является удаление вредных веществ из нее. Существует огромное количество токсичных веществ и соединений (таких как мышьяк, тяжелые металлы, галогенсодержащие ароматические соединения, нитрозоамины, нитраты, фосфаты и многие другие). Список предположительно вредных для здоровья веществ постоянно растет, а многие из них токсичны даже в ничтожных количествах. Обнаружить эти вещества в воде, а потом удалить их в присутствии других, нетоксичных примесей, содержание которых может быть на порядок выше, -- сложно и дорого. А кроме всего прочего, это поиск одного токсина может помешать обнаружению другого, более опасного. Методы мониторинга загрязняющих веществ неизбежно связаны с использованием сложного лабораторного оборудования и привлечением квалифицированного персонала, поэтому очень важно везде, где только возможно, находить недорогие и относительно простые способы идентификации загрязнений.

Важна здесь и своего рода "специализация": например, триоксид мышьяка (As-III) раз в 50 токсичнее пентоксида (As-V), и поэтому необходимо измерять их содержание и вместе, и по отдельности, для последующей нейтрализации или удаления. Существующие же методы измерения или имеют низкий предел точности, или требуют квалифицированных специалистов.

Ученые считают, что перспективным направлением в разработке методов обнаружения вредных веществ является метод молекулярного распознавания (molecular recognition motif), основанном на использовании сенсорных реактивов (вроде знакомой со школы лакмусовой бумажки), вместе с микро- или нанофлюидным управлением (micro/nanofluidic manipulation) и телеметрией. Подобные биосенсорные методы можно применять и к болезнетворным микроогранизмам, живущим в воде. Однако в этом случае надо следить за наличием в воде анионов: их присутствие может нейтрализовать достаточно действенные -- при других условиях -- методы. Так, при обработке воды озоном бактерии гибнут, но если в воде находятся ионы Br-, происходит окисление до BrO3-, то есть один вид загрязнения меняется на другой.

водыс противоположной стороны. В соответствии с законами гидростатики, вода просачивается через мембрану, очищаясь до дороге. В целом существует два способа борьбы с вредными веществами -- влияние на микрозагрязнитель с помощью химических или биохимических реагентов, пока он не перейдет в неопасную форму, или его удаление из воды. Этот вопрос решается в зависимости от местности. Так, в колодцах в Бангладеш используют технологию фильтрации Sono, а на заводах в США -- обратного осмоса (reverse osmosis), для решения одной и той же проблемы -- удаления из воды мышьяка.

Система обратного осмоса, применяющаяся в США: давление воды с той стороны синтетической мембраны, где находятся загрязнители, превосходит давление чистойводыс противоположной стороны. В соответствии с законами гидростатики, вода просачивается через мембрану, очищаясь до дороге.

В настоящее время органические вредные вещества в воде стараются посредством реакций превратить в безобидные азот, углекислый газ и воду. Серьезные анионные загрязнители, такие как нитраты и перхлораты, удаляют с помощью ионообменных смол и обратного осмоса, а токсичные рассолы сливают в хранилища. В будущем, возможно, будут использоваться биметаллические катализаторы для минерализации этих рассолов, а также активные нанокатализаторы в мембранах для трансформации анионов.

2.2 Повторное использование воды

Сейчас специалисты по охране природы самозабвенно мечтают о повторном использовании промышленных и городских сточных вод, предварительно доведенных до качества питьевой воды. Но в этом случае приходится иметь дело с огромным количеством всевозможных загрязнителей и патогенов, а также органических веществ, которые должны быть удалены или трансформированы в безвредные соединения. Следовательно, все операции удорожаются и усложняются.

Городские сточные воды обычно проходят обработку в очистных сооружениях, в которых во взвешенном состоянии находятся микробы, удаляющие органику и остатки пищевых веществ, а потом в отстойных резервуарах, где происходит разделение твердых и жидких фракций. Воду после такой очистки можно сбрасывать в поверхностные водоемы, а также использовать для ограниченного полива и на некоторые заводские нужды. В настоящее время одна из активно внедряемых технологий -- мембранные биореакторы (Membrane Bioreactor). Эта технология сочетает использование взвешенной в воде биомассы (как в обычных очистных сооружениях) и водных микро- и ультратонких мембран вместо отстойников. Воду после МБР можно свободно использовать для ирригации и для заводских нужд.

МБР также могут принести большую пользу в развивающихся странах с плохой канализацией, особенно в быстрорастущих мегаполисах: они позволяют обрабатывать непосредственно сточные воды, отделяя из них полезные вещества, чистую воду, азот и фосфор. МБР используют также как предварительную обработку воды для обратного осмоса; если же потом обработать её УФ (или фотокаталитическими веществами, реагирующими на видимый свет), то она будет пригодна для питья. В будущем, возможно, системы для "повторного использования воды" будут состоять только из двух этапов: МБР с нанофильтрационной мембраной (что избавит от необходимости этапа обратного осмоса) и фотокаталитического реактора, который послужит преградой для патогенов и уничтожит органические загрязнители с малой молекулярной массой. Правда, одной из серьезных преград является быстрое засорение мембраны, и успех развития этого направления очистки воды во многом зависит от новых модификаций и свойств мембран.

Немалую преграду составляют и законы об охране окружающей среды: во многих странах строго запрещено повторное использование воды для коммунальных нужд. Однако из-за недостачи водных ресурсов меняется и это: так, в США повторное использование воды ежегодно возрастает на 15%.

2.3 Опреснение солёных вод

Увеличить запасы пресной воды с помощью опреснения вод морей, океанов и засоленных внутренних водоемов -- очень соблазнительная цель, ведь эти запасы составляют 97,5% всей воды на Земле. Технологии опреснения шагнули далеко вперед, особенно за последнее десятилетие, однако до сих пор они требуют много энергии и капиталовложений, что сдерживает их распространение. Скорее всего, доля крупных установок по опреснению воды традиционным (термальным) способом уменьшится: они расходуют слишком много энергии и сильно страдают от коррозии.

Предполагается, что будущее за небольшими системами опреснения, рассчитанными на одну или несколько семей (это касается в основном развивающихся стран).

Современные технологии опреснения используют мембранное разделение с помощью обратного осмоса и температурную дистилляцию. Сдерживающими факторами для развития опреснения являются, как уже было сказано, высокое потребление энергии и эксплуатационные расходы, быстрое загрязнение мембран установок, а также проблема утилизации соляного рассола и присутствие в воде остатков загрязнителей с низким молекулярным весом, например, бора.

Перспективность исследований в этом направлении определяется прежде всего снижением удельных затрат энергии, и тут определенный прогресс налицо: если в 1980-х годах они в среднем составляли 10 кВт·ч/м3, то в настоящее время они сократились до 4 кВт·ч/м3. Но есть и другие важные успехи: создание новых материалов для мембран (например, из нанотрубок из углерода), а также создание новых очистных биотехнологий.

Остается надеяться, что в ближайшие годы наука и технологии действительно сильно шагнут вперед -- ведь даже оставаясь пока для многих почти незаметным, призрак водного кризиса давно уже бродит не только по Европе, но и по всему миру.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проблема обеспечения надлежащего количества и качества воды является одной из наиболее важных и имеет глобальное значение.

В настоящее время человечество использует 3,8 тыс. км3 воды ежегодно, причем можно увеличить потребление максимум до 12 тыс. км3. При нынешних темпах роста потребления воды этого хватит на ближайшие 25-30 лет. Выкачивание грунтовых вод приводит к оседанию почвы и зданий (Мехико, Бангкок) и понижению уровней подземных вод на десятки метров (Манила).

Поскольку численность населения на Земле беспрерывно увеличивается, то неустанно возрастают и потребности в чистой пресной воде. Уже в настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие регионы, ещё недавно считавшиеся благополучными в этом отношении. В настоящее время потребность в пресной воде не удовлетворяется у 20 % городского и 75 % сельского населения планеты.

Ограниченный запас пресных вод ещё больше сокращается из-за их загрязнений.

Главную опасность представляют сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые). Последние, попадая в поверхностные и подземные источники вод, загрязняют их вредными токсическими примесями, опасными для здоровья человека, вследствие чего сокращаются и без того ограниченные резервы пресной воды. Человеку необходима чистая высококачественная пресная вода и лишь в его силах сохранить её резервы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Материалы научного журнала Nature за 2007 год

2. Артамонов, В. И. Растения и чистота природной среды. - М.: Наука,1986. - 206 с.

3. Николадзе, Г. И. Технология очистки природных вод. - М.: Высшая Школа, 1987. - 132 с.

4. Подосенова, Е. В. Технические средства защиты окружающей среды. - М., 1980. - 158 с.

5. Воронков, Н. А. Экология. - М.: Агар,2000. - 257 с.