Проблемы водных ресурсов Разрушение и химическое загрязнение водных ресурсов Вырубка лесов (ресурсы истреблены на 80% площади лесов, покрывавших Землю 5− 6 тыс лет назад), деградация водно болотных угодий (сохранилось не более 50%), зарегулирование речного стока (течение 60% самых больших в мире рек прерывается гидротехническими сооружениями) и прочие факторы приводят к нарушению природного гидрологического баланса. Деградация водных и прибрежных экосистем поставила под угрозу вымирания 24% видов млекопитающих, 12%, птиц 3% рыб. Эти процессы влекут за собой увеличение числа природных катастроф. Так, за последние 10 лет в мире произошло свыше 2 200 крупных и малых катастроф, так или иначе связанных с водой (наводнение, засуха, оползни, лавины). На состояние водных ресурсов влияет и изменение климата. Наметилась тенденция к учащению экстремальных погодных условий.
2. 2. 2. 1. Потребление водных ресурсов Вода рек и озер покрывает потребности че ловечества в питьевой воде, используется на орошении в сельском хозяйстве, в промышленности, служит для охлаждения атомных и тепловых электростанций. На все виды водопользования тратится 2200 км 3 воды в год. Но именно эта незначительная часть водных ресурсов (0, 016% мировых вод) подвергается наиболее интен сивному воздействию. Классификация пресных вод по целевому назначению приведена на рис. 8. Гидроэнергетика В гидроэнергетике вода используется непосредственно как для получения энергии, так и опосредовано – для охлаждения энергетических установок иа тепловых электростанциях. В 2010 г. гидроэлектроэнергия составляла 19% от общего объема производимой энергии (2710 Тераватт в час); на стадии планирования или строительства находились мощности для выработки еще 377 ТВт·ч. Однако только треть всех проектов, считавшихся экономически осуществимыми, осуществилась на практика. Это объясняется снижением энтузиазма в отношении сооружения больших плотин.
Рис. 10. Классификация природных вод по целевому назначению
Создание водохранилищ привело и к негативным социальным последствиям: переселению около 80 млн. чел. , необратимым изменениям окружающей природной среды. По этим причинам в США в последнее десятилетие было разобрано 500 средних плотин. В дальнейшем получит развитие и малая гидроэнергетика. Небольшие (до 1 О МВт) установки полезны в сельских и удаленных местностях. Промышленность Общее потребление пресной воды промышленностью и сельским хозяйством составляет более 3000 км 3 в год. При этом связывается в технологических процессах и безвозвратно теряется около 150 км 3 в год, т. е. более 1% устойчивого стока пресных вод. Так, на производство 1 т продукции расходуется воды, м 3: стали − 20, серной кислоты − 80, вискозного шелка − 400, синтетического каучука − 3000. Тепловая электрическая станция мощностью 300 МВт потребляет 300 км 3 воды в год, химический комбинат средней мощности имеет суточный водооборот до 2 млн. м 3 воды. Во все больших масштабах потребляется вода в крупных города — до 1 м 3 в сутки на человека. Часть потребляемой воды связывается, а часть возвращается в водные объекты в состоянии загрязненном энергетически, химически и биологически.
Сельское хозяйство Основными потребителями водных ресурсов являются сельское хозяйство (70%), промышленность (22%), бытовые нужды (8%) воды. На выращивание 1 т пшеницы требуется 1, 5 т, 1 т риса − 7 т воды. Неуправляемые системы Земли способны прокормить не более 500 млн. чел. и потому сельское хозяйство постоянно развивается. Недопустимо высокая ирригация привела к тому, что река Колорадо перестала впадать в Калифорнийский залив, в маловодные годы реки Сырдарья и Амударья не достигают Аральского моря. По этой же причине стремительно сокращается количество озер (Рис. 9). Наблюдается истощение грунтовых вод, понижение их уровня во многих регионах. В Северном Китае произошло понижение уровня грунтовых вод более чем на 30 м на территории, где проживает свыше 100 млн. чел. Между тем 10% мирового урожая зерновых производится с использованием грунтовых вод. По данным Международного института продовольственной политики, уже с 2005 г. из за нехватки пресной воды человечество ежегодно недополучает по меньшей мере 130 млн. т продовольствия. В настоящее время от голода страдает 1, 5 млрд. чел.
Рис. 11. Здесь раньше было Аральское море
Потребление воды для коммунально-бытовых нужд Запасы пресной воды распределены по планете крайне неравномерно. Так, в Африке лишь около 10% населения обеспечены регулярным водоснабжением, тогда как в Европе этот показатель превышает 95%. Острый недостаток чистой питьевой воды испытывают жители 80 стран мира. Во многих государствах подача воды уже нормируется. Все напряженнее становится положение с водой в крупнейших городах мира. В соответствии с гидрологической классификацией, страны, имеющие 1000− 1700 м. З возобновляемой воды в год на человека, живут в условиях водного стресса, а менее 1000 куб м в условиях дефицита воды. Проблема обеспечения людей водой и услугами канализации стоит очень остро: 1, 1 млрд. человек не имеют доступа к чистой пресной воде, из них 65% − в Азии, 27% − в Латинской Америке и 2% − в Европе. В неудовлетворительных санитарных условиях (без канализации) живут 2, 4 млрд. чел. , из них 80% в Азии, 13% − в Африке, 5% − в Латинской Америке, 2% − в Европе.
Усиление напряженности в международных речных бассейнах Наряду с проблемой распределения водных ресурсов между разными областями внутри стран (развитие ирригации, выработке энергии, городское хозяйство и т. д. ) существует и проблема согласования интересов разных стран, использующих одни и те же бассейны рек или источники грунтовых вод. По прогнозам ООН, к 2050 г. население Земли составит 8, 9 млрд чел. , от дефицита воды будут страдать от 2 до 7 млрд. чел. Споры вокруг распределения водных ресурсов могут стать причиной многих экономических и политических конфликтов или даже войн. В настоящее время число международных бассейнов рек составляет 261 и делят их между собой 145 государств. Например, реки Нил, Дунай, Тигр и Евфрат, Ганг и Брахмапутра когда то обеспечивали водой все государства их бассейнов. Теперь же в связи с ростом населения и экономики использование водных ресурсов странами, находящимися в верховьях рек, уменьшает уровни воды ниже по течению.
. В Европе более 150 крупных рек и 50 озер пересекают границы двух и более стран. В Западной и Центральной Европе обнаружено более 100 бассейнов подземных трансграничных вод. Около 31% европейцев уже сталкиваются с серьезными проблемами нехватки воды (особенно в период засух), которые в перспективе будут порождать конфликты между государствами. Мировой опыт последних 50 лет показывает, что при совместном использовании речного бассейна конфликтные ситуации возникали в 42% случаев. К наиболее типичным причинам возникновения споров в бассейнах рек относятся осуществление водохозяйственных проектов в одностороннем порядке без учета интересов других водопользователей. Проблемы совместного использования вод решаются путем принятия необходимого законодательства и создания соответствующих управленческих структур (межгосударственных комиссий). За прошедшие 50 лет в мире подписано более 200 договоров об использовании трансграничных акватории.
Последствия нерационального использования водных ресурсов: 1. Перерасход поверхностных вод Считается, что нельзя использовать больше 30% среднегодового речного стока без риска испытать недостаток воды. Однако на многих реках забирается более 90% среднегодового стока. Экологические последствия перерасхода поверхностных вод затрагивают не только саму реку, но и все биоценозы связанные с ней. 2. Перерасход грунтовых вод Грунтовые воды истощаются, если потребление из них воды превышает пополнение. Падение уровня грунтовых приводит к обмелению поверхностные водоемов. 3. Просадка грунта Грунтовые воды вымывают в недрах земли полости, которые заполняются водой. Вода сама отчасти поддерживает вышележащие породы и почвы. Когда уровень грунтовых вод падает, эта опора исчезает, и может происходить постепенное опускание поверхности суши называемое просадкой грунта. Скорость ее может составлять 15− 30 см в год. Особый вид просадки грунта – образование карстовых воронок – может быть внезапным и вести к катастрофическим последствиям.
Пути преодоления дефицита пресной воды Дефицит пресной воды в мире постоянно растет и наблюдается не только в засушливых, но и нормально увлажняемых регионах. Это связано с увеличением расходования запасов пресной воды и загрязнением гидросферы. Пути преодоления нарастающего дефицита пресной воды: 1. Экономное расходование воды. 2. Прекращение сброса загрязненных вод в водоемы. 3. Восполнение недостающих водных ресурсов за счет использования нетрадиционных источников (опресненная морская вода, перераспределенные речные стоки, айсберги, сбор в подземных хранилищах дождевых и талых вод). Во многих районах подземные воды хорошего качества расположены довольно близко к поверхности. Даже в пустыне Сахаре обнаружены огромные запасы подземных вод. 4. Использование замкнутого оборотного водоснабжения, а также внедрение безводных производств. Все водные ресурсы планеты связаны между собой глобальным круговоротом воды, охватывающим атмосферу, гидросферу и земную кору. Непродуманное вмешательство человека в этот процесс может
Загрязнения водных ресурсов Загрязнение водных систем представляет большую опас ность, чем загрязнение атмосферы. Это обусловлено тем, что про цессы регенерации или самоочистки протекают в водной среде гораздо медленнее, чем в воздушной. Кроме того, источники загрязнения во доемов более разнообразны и менее предсказуемы. Ранимость жизненных процессов в водных экосистемах выражена гораздо заметнее, чем в сухопутных (рис. 12). Рис. 12. Гибель молоди рыбы в загрязненных водоемах
Антропогенное загрязнение гидросферы в настоящее время приобрело глобальный характер и существенно уменьшило доступные эксплуатационные ресурсы пресной воды на планете. Общий объем промышленных, сельскохозяйственных и коммунально бытовых стоков достигает 1300 км 3 (по некоторым оценкам до 1800 км 3), для разбавления которых требуется примерно 8, 5 тыс. км 3 воды, т. е. 20% полного и 60% устойчивого стока рек мира (рис. 13). Причем по отдельным водным бассейнам антропогенная нагрузка гораздо выше средних значений. Рис. 13. Стоки промышленных предприятий
Общая масса загрязнителей гидросферы около 15 млрд. т в год. Наиболее опасные загрязнители: соли тяжелых металлов, фенолы, пестициды и другие органические яды, нефтепродукты, насыщенная бактериями биогенная органика, синтетические поверхностно активные вещества (СПАВ) и минеральные удобрения. Ежегодно в мире из за некачественной воды заболевают 500 млн. и умирают 10− 18 млн. чел. Загрязнение водоемов происходит не только отходами промышленного производства, но и попаданием с полей в водоемы органики, минеральных удобрений, пестицидов, применяемых в сельском хозяйстве. Радиационное загрязнение поверхностных вод в РФ охватило территорию в 25 тыс. км 2 с населением более 500 тыс. человек. Классификация сточных вод: • сточные воды промышленных предприятий; • сточные воды коммунального хозяйства населенных пунктов; • стоки систем орошения, поверхностные стоки с полей и других сельскохозяйственных объектов; • загрязнителей на поверхность водоемов с осадками; • сток осадков (ливневые стоки, талые воды).
Загрязнители сточных вод делят на минеральные и органические и биологические. Загрязнения большей частью содержат около 42% минеральных веществ и до 58% органических. 1. Минеральные загрязнения несут сточные воды металлургических и машиностроительных предприятий, отходы нефтяной, нефтеобрабатывающей и горнодобывающей промышленности. Эти загрязнения содержат песок, глинистые и рудные включения, шлак, растворы минеральных солей, кислот, щелочей, минеральные масла и др. Следует иметь в виду, что промышленные и селитебные зоны располагаются преимущественно по берегам водных экосистем, вследствие чего формируются зоны особо сильно го локального (прибрежного) загрязнения и ухудшения качества воды. Из рек загрязняющие вещества неизбежно выносятся в моря. В очень тяжелом положении находятся Балтийское, Черное и Средиземное море. Хозяйственно бытовые и промышленные сточные воды содержат широчайший спектр органических и минеральных соединений. Их разнообразие объясняется современными масштабами "химизации" общества. Так, десятки тысяч продуктов бытовой химии неизбежно рассеиваются в водных экосистемах, не говоря уже о миллионах тонн побочных продуктов циклов их производства, безусловно яв ляющихся ксенобиотиками.
В Мировой океан кроме нефтепродуктов ежегодно выносится до 5 тыс. т ртути, 6 млн. т фосфора, свыше 2 млн. т свинца и многие другие химические вещества. В Балтийское море в 1997 г. было сброшено 4, 26 тыс. т фосфора, около 37 тыс. т азота. Катастрофическим считается состояние Черного моря из за резкого падения стока в него пресных вод. Уровень зоны сероводородного загрязнения поднялся до глубины 60− 70 м. Из за загрязнения численность популяции дельфинов уменьшилась здесь с 500 тыс. особей до 120 тыс. Сильнейший источник загрязнения − сток нефти и нефтепродуктов с территорий предприятий по переработке нефти, нефтехранилищ, транспортных хозяйств, а также с крупных внутри и межгородских магистралей. Кроме нефтепродуктов в сточных водах промышленных предприятий присутствуют углеводороды, тяжелые металлы, радиоактивные вещества, полихлорированные бифенилы и др. Стоки коммунального хозяйства кроме веществ бытовой химии содержат пестициды, красители, моющие средства (детергенты), а также фекалии. Хозяйственно бытовые и промышленные сточные воды содержат широчайший спектр органических и минеральных соединений. Десятки тысяч продуктов бытовой химии рассеиваются в водных экосистемах.
2. Органические загрязнения вод связаны с городскими фекально хозяйственными стоками, водами боен, отходами кожевенных, бумажно целлюлозных, пивоваренных и других производств. ОЗ бывают растительного и животного происхождения. К растительным относятся остатки бумаги, растительные масла, остатки плодов, овощей и др. К загрязнениям животного происхождения относятся: экскрименты, остатки жировых и мускульных тканей, клеевые вещества, и пр. 3. Биологические загрязнения представляют собой различные живые микроорганизмы: дрожжевые и плесневые грибы, микроскопические водоросли и бактерии. Этот вид загрязнений свойствен бытовым водам, а также сточным водам боен, кожевенных заводов, шерстомоек, больниц и др. Общий объем бактериальной массы довольно велик: на каждые 1000 м 3 сточных вод – до 400 л. При рассмотрении вопроса о составе сточных вод одним из важных понятий является концентрация загрязнения, т. е. количество загрязнений в единице объема воды, исчисляемом в мг/л или г/м 3. Большое значение имеет р. Н сточных вод. Оптимальной средой для биологических процессов очистки являются воды с р. Н около 7− 8. Бытовые сточные воды имеет слабощелочную реакцию, производственные – от сильнокислой до сильнощелочной.
Загрязнение водоемов характеризуется следующими признаками: появление плавающих веществ на поверхности воды; отложение на дне осадка; изменение физических свойств воды (прозрачности и цветности, появление запахов и привкусов); изменение химического состава воды (реакции, количества органических и минеральных примесей, появление ядовитых веществ и др. ), уменьшение растворенного в воде кислорода; изменение видов и количества бактерий и появление болезнетворных бактерий. Кроме химического загрязнения водоемов существенное значение нередко имеют также механическое, термическое и биологическое загрязнение. Вода обладает чрезвычайно ценным свойством непрерывного самоочищения под влиянием солнечной радиации и микроскопических организмов. Оно заключается в перемешивании загрязненной воды со всей ее массой, минерализации органических веществ и гибели бактерий. Агентами самоочищения являются бактерии, грибы и водоросли. Установлено, что летом в ходе бактериального самоочищения через 96 часов остается не более 0, 5% числа поступивших бактерий. Чтобы обеспечить самоочищение загрязненных вод, необходимо их многократное разбавление чистой водой.
В основе оценки опасности всех видов нарушений лежит общий принцип, основанный на определении объемов загрязненных стоков и размеров превышений их нормативных уровней. Следует подчеркнуть, что важны не столько конкретные объемы сточных вод, сколько их соизмеримость с величинами природного стока. Исходя из этого, специалисты приходят к выводу, что природные водоемы в настоящее время уже не могут обеспечить разбавление многих токсичных ингредиентов до не опасных концентраций (табл. 4). 4. Сточные воды агропромышленного комплекса. Это выращивание сельскохозяйственной продукции и животноводство. Первый источник обеспечивает поступление в водоемы смываемых с полей удобрений и ядохимикатов. Основные компоненты удобрений − соединения азота, фосфора и калия. Попав в водоем они приводят к повышению продуктивности высших растений и фитопланктона. Вслед за этим возрастает и биомасса консументов. Все эти аэробные организмы интенсивно используют растворенный в воде кислород для дыхание. Происходит отмирание организмов, и часть кислорода тратится на окисление мертвой органики. В результате расход кислорода опережает его поступление в водную экосистему, где начинают преобладать анаэробные процессы. Вода становится непригодной для жизни аэробных организмов.
Таблица 4 Основные загрязнители океана и континентальных вод планеты Группа веществ Млн. т/год Затонувшие суда, плавающий и погруженный мусор 1200 Взвешенные вещества техногенного происхождения 1400 Растворенные неорганические вещества 4000 В том числе минеральные удобрения 80 соли тяжелых металлов 3 Синтетические органические вещества 2500 В том числе моющие средства, СПАВ 15 фенолы и другие циклические углеводороды 5 пестициды 2 Биогенная органика 1200 Нефтепродукты Аэрогенные выпадения техногенной природы 1800
Ядохимикаты (пестициды) оказываются в почве, а из нее с поверхностным и грунтовым стоком выносятся в водоемы, где включаются в пищевые цепи. Наиболее опасными ядохимикатами являются хлорорганические (ДДТ, а также ГХЦГ и многие другие), фосфорорганические, ртуть и мышьяк содержащие. Аналогичную угрозу представляют для водоемов и другие яды, применяемые в растениеводстве: гербициды, арборициды, дефолианты, десиканты (содержат серную и мышьяковую кислоты, хлораты кальция, магния, натрия и др. ). Стойловое животноводст водает отходы в виде навоза. Согласно закону 10% (закону Линдемана) в среднем 90% всех кормов превращаются в навоз. Поголовье крупного рогатого скота оценивается в 2, 2 млрд. , а мелкого − в 3, 5 млрд. голов. Есть данные, что суммарное загрязнение жидким навозом в 10 раз превышает загрязнение бытовыми сточными водами. Выращивание сельскохозяйственных культур и разведение скота требуютя большие затраты воды. При стойловом содержании на поение единицы крупного рогатого скота в сутки расходуется до 70 л воды, а суммар ный годовой расход воды в животноводстве прогнозируется равным в ближайшем будущем примерно 112 км 3. Безвоз вратный асход оценивается в 100 км 3, причем половина из них р
Биогены, поступающие в водоемы со сточными водами и смываемыми с полей удобрениями, стимулируют рост фито планктона, водорослей. Данный процесс называют эвтрофикацией. Водоросли окрашивают воду в различные цвета, и поэтому данный процесс называют «цветением» водоемов. Под влиянием водорослей изменяется вкус воды, приобретается неприятный запах. Бактерии, окисляющие органические вещества водорослей, потребляют кислород, создавая тем самым его дефицит в водоеме. Вода начинает гнить, испускать аммиачное и метановое зловоние, на дне скапливаются черные липкие серо водородные отложения. В процессе разложения отмирающие во доросли ыделяют также фенол, индол и другие ядовитые веще ства. в От недостатка кислорода, пищи и убежищ гибнут рыба, моллюски, ракообразные. Вода в таких водоемах становится не пригодна ля питья д и даже для купания. 5. Другие источники загрязнения 1. Молевой сплав леса. Экстрагированные из древесины вещества разлагаются в воде, поглощают кислород. От недостатка кислорода гибнут икра и мальки рыб, нередко и кормовые беспозвоночные. Засорение рек усиливает сброс в них отходов лесозаводов (кора, опилки и др. ). Часть сплавляемых бревен тонет. Вся эта гниющая органика отравляют воду.
2. Добыча нефти. Первый источник поступления нефти в океан − это ее выброс при разработке морских месторождений в момент входа бура в нефтяной пласт. Если не срабатывают специальные системы безопасности, то нефть начинает фонтанировать непосредственно в воду. Катастрофа 2010 г. в Мексиканском заливе ежесуточно выбрасывалось более 2 млн. л нефти. Аварии и гибель танкеров. С затонувшего танкера "Торри Каньон" вылилось 118 тыс. т нефти, вклад катастрофы танкера "Амоко Кадис" составил 230 тыс. т. Нефтяные пятна перемещаются под воздействием ветра и морских течений, причем в воде нефть подвергается определенным изменениям: летучие фракции испаряются, водорастворимые выщелачиваются, а остающийся вязкий остаток образует с водой стойкие длительно существующие эмульсии. Мазут и нефть, находящиеся в трюмах затонувших судов, и неконтролируемые сбросы в открытом море трюмных нефтесодержащих вод. Нефть опасна для рыбы и водоплавающих птиц. Помимо того, что она приводит их к гибели при непосредственном контакте, неизбежно ее
3. Захоронение отходов в морских глубинах. На дне морей находится затопленное химическое оружие (боеприпасы). Оно находится в металлических контейнерах. Однако существует опасность разрушения металла морской водой и разгерметизация емкостей. Некоторые страны, например США, планируют затопить в Атлантике на больших глубинах в течение 30 лет более 100 старых атомных подводных лодок с остатками радиоактивных материалов. В Швеции существует проект хранилища радиоактивных отходов под морским дном на глубине 50 м ниже его уровня. 4. Электроэнергетика. Эта область деятельности связана с огромным потреблением воды, расходуемой, в частности, на охлаждение. Обычно в водоемы сбрасывается вода, имеющая температуру до +30 °С. Гидроэлектростанции связаны с затоплением больших площадей наземных экосистем, включая леса, сельскохозяйственные угодья. Водохранилища связаны с двумя важными негативными процессами. Во первых, они представляют серьезную угрозу для рыбных запасов. Плотины являются непреодолимыми барьерами для прохода рыб к местам нереста, причем создаваемые рыбопроводы этой проблемы не
Кроме того, водохранилища оказываются акцепторами сточных вод, что приводит к сильному эвтрофированию. Во вторых, неизбежны потери воды на испарение с поверхности водохранилищ. В настоящее время существует свыше 2, 2 тыс. крупных водохранилищ, имеющих суммарную акваторию 590 тыс. км 2, в том числе 350 тыс. км 2 − затопленные земли. Приблизительные потери на испарение с акваторий водохранилищ оцениваются для 2007 г. в 260 км 3/год. Крупные водохранилища могут приводить к локальным климатическим изменениям, например к частым стабильным туманам, снижающим прозрачность воздуха и приход тепла к поверхности Земли. Может также меняться и ветровой режим на больших площадях. Наряду с тепловым загрязнением водных экосистем элек тростанциями, теплоэнергетический комплекс может вызывать и ингредиентное загрязнение. Здесь имеются в виду системы гидрозолоудаления тепловых электростанций, использующих твердое топливо − угли, сланцы, торф. Например, Уруссинская ГРЭС в Татарстане сбрасывает в год 107 млн. м 3 загрязненных вод. Кроме того, сами шлако и золоотвалы являются источниками загрязнения грунтовых вод.
2. 2. 2. 6. Изменение распределения поверхностных вод «Зарегулирование» водных экосистем происходит при перегораживании рек плотинами и создании водохранилищ для целей гидроэнергетики, ороше ния рекреации. Водохранилища это водоемы и с замедленным водообменом. Их питают воды впадающих рек, сток с поверхности земли, грунтовый сток. По имеющимся данным, в мире существует более 30 тыс. водохранилищ вместимостью более 1 млн. м 3 каждое. Общая площадь их поверхности около 400 тыс. км 2. . Одновременно водохранилища являются и акцепторами сточных вод. В условиях мелководий здесь характерно явление эвтрофикации. Осушение болот. Болота важнейший регулятор речного стока, так как в периоды избыточного увлажнения накапливают воду, а в засушливые − постепенно отдают ее прилегающим территориям. Со второй половины ХХ в. возросли темпы осушения болот с целью выращивания лесов и сельско хозяйственных культур. В ряде случаев пахотные земли лишались воды, заливные луга превращались в бесплодные солончаки. Особо тяжелыми последствиями характеризовались в России осушительные (мелиоративные) мероприятия в заболоченных лесах, хотя главная цель − повышение продуктивности (увеличение прироста древесного сырья) достигалась очень редко.
Гидрологическая специфика городов. В конце ХХ в. городскими экосистемами было занято около 1 млн. км 2 территории суши. В них проживает почти 50% всего населения планеты. Гидрологическая роль городов связана с экстремальным состоянием проницаемости поверхности из за асфальтированных и иных водонепроницаемых покрытий, а также крыш домов. Поэтому поверхностный сток с территории городов значительно выше, чем грунтовый, и питание подземных вод ограничено. Как правило, эти воды сильно загрязнены. Это приведет к ощутимому нарушению водного баланса не только в локальных, но и в глобальных масштабах. Для городов характерен так называемый твердый сток, формирующийся за счет размыва непокрытых твердыми материалами территории, включая площади зеленых насаждений, а также смыва с площадей застройки во время земляных работ. Весной или. в периоды оттепелей зимой талые воды содержат массы твердых органических и минеральных веществ, аккумулированных снежным покровом и льдом. Определенная часть талых вод попадает в ливневую канализацию, но при интенсивном и быстром таянии неизбежен непосредственный сток в природные водотоки.
2. 3. Меры по очистке и охране вод Вода обладает чрезвычайно ценным свойством самоочищения. Оно заключается в перемешивании загрязненной воды со всей ее массой и в дальнейшем процессе минерализации органических веществ и отмирании внесенных бактерий. Агентами самоочищения являются бактерии, грибы и водоросли. Установлено, что в ходе бактериального самоочищения через 24 часа остается не более 50% бактерий, через 96 часов − 0, 5%. Однако следует учитывать, что для обеспечения самоочищения загрязненных вод необходимо их многократное разбавление чистой водой. При сильном загрязнении самоочищения воды не происходит. В этих случаях необходимы специальные методы и средства для улучшения качества воды, очистки загрязнений, поступающих со сточными водами, с отходами сельскохозяйственного производства. Методы очистки сточных вод. При сбросе 1 м 3 неочищенных сточных вод портится до 60 м 3 природных чистых вод. Чтобы очищенные сточные воды стали пригодными для использования, требуется 7− 14 кратное их разбавление. Только тогда воды рек могут стать пригодными для вторичного использования.
Меры по защите водных объектов от промышленных загрязнений включают: • применение безводных и замкнутых циклов водоснабжения; • предотвращение или снижение загрязнения воды, забираемой из природных источников; • очистку сточных вод (рис. 12) Водообеспечение потребителей воды может быть прямоточным, последовательным и оборотным. При прямоточном водоснабжении вся забираемая вода за исключением безвозвратных потерь (испарение, пролив, включение в продукцию) после проведения технологического процесса возвращается в водоем. При последовательной схеме вода, поступающая из источника водоснабжения, многократно используется в нескольких процессах. Наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды и сведения к минимуму сброса стоков в водоемы − внедрение оборотных и замкнутых систем водоснабжения.
Рис. 12. Классификация методов очистки промышленных сточных
Для предотвращения коррозии, биологического обрастания трубопроводов и аппаратуры часть оборотной воды выводят из системы, добавляя свежую воду из водоема или очищенные сточные воды (продувочная вода). Кроме того, некоторая часть воды теряется на охладительных установках − градирнях (испарение с поверхности, разбрызгивание). Для компенсации безвозвратных потерь воды осуществляют подпитку системы из открытых водоемов и подземных источников водоснабжения. Количество добавляемой воды, как правило, не превышает 5− 10% от ее количества, циркулирующего в системе. Применение оборотного водоснабжения позволяет уменьшить потребление свежей воды в промышленных производствах в 10− 50 раз. В замкнутой (бессточной) системе вода используется в производственных процессах многократно без очистки или после соответствующей обработки, исключающей образование каких либо отходов и сброс сточных вод в водоем. Замкнутые системы технически сложнее, но они в наибольшей степени соответствуют принципам безотходного производства.
Различные методы очистки сточных вод подразделяют на рекуперационные и деструктивные. Первые предусматривают извлечение из промышленных сточных вод ценных веществ и дальнейшую их переработку. При деструктивных методах очистки загрязнители разрушаются с последующим удалением разрушенных продуктов из воды в виде газов или осадков. Механическая очистка служит предварительным этапом очистки сточных вод. Удаление взвешенных примесей достигается отстаиванием, фильтрованием или циклонированием. Отстаивание производят в отстойниках, песколовках, осветлителях различных конструкций. Для интенсификации осаждения взвешенных частиц вода подвергается действию центробежной силы в открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах. Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодисперсных примесей. Распространены два основных типа фильтров: зернистые и микрофильтры. В зернистых фильтрах воду пропускают через насадки из несвязных пористых материалов (антрацит, песок, мраморная крошка и др. ). Фильтрующие элементы микрофильтров изготавливают из сеток с ячейками размером от 40 до
Химическая очистка. Основные метод: нейтрализация, окисление и восстановление. Нейтрализации подвергают сточные воды, содержащие кислоты или щелочи с целью приведения реакции среды близкой к нейтральной (р. Н = 6, 5− 8, 0). Нейтрализацию проводят смешиванием кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием сточных вод через нейтрализующие материалы. Окисление применяют для обезвреживания сточных вод от токсичных примесей. В качестве окислителей при очистке сточных вод используют газообразный и сжиженный хлор, кислород воздуха, озон и другие реагенты. Физико химические методы используют для глубокой очистки сточных вод, удаления из них тонкодисперсных взвешенных частиц и растворимых примесей: коагуляция, флотация, сорбция, ионный обмен, экстракция, гилерфильтрация, электрохимическая очистка, эвапорация, десорбция, дезодорация, дегазация и другие. К ним примыкают электрохимические методы очистки сточных вод, включающие процессы анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляцию, электрофлотацию и электродиализ. Все эти процессы происходят при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока.
Электрохимическая очистка позволяет извлекать из сточных вод растворимые и взвешенные примеси, обеспечивает возможность автоматизации технологического процесса очистки, упрощает эксплуатацию очистных сооружений. Наиболее рациональным считается сочетание оборотных систем водоснабжения, методов локальной и общей очистки. Локальная очистка позволяет извлечь из стоков разных производств наиболее ценные компоненты, а также вещества, затрудняющие общую очистку. Воды, очищенные от характерных для данного производства примесей, проходят вторую ступень очистки в общезаводских очистных сооружениях. В общем стоке можно использовать нейтрализующие, коагулирующие и другие свойства компонентов локальных стоков. Производственные сточные воды разделяют или объединяют в потоки по преобладающим загрязнителям с учетом мест образования и количества стоков. При отсутствии резко выраженных видов загрязнений все производственные сточные воды объединяют в один поток, устанавливая на входе очистных сооружений специальные емкости − коллекторные усреднители.
Перспективным направлением водообеспечения и защиты водных объектов от загрязнения является создание межотраслевых водохозяйственных систем, учитывающих взаимосвязанное развитие технологий производства, водопользования, обработки и утилизации отводимых вод. При этом часть промышленных сточных вод, прошедших локальную очистку, и стоки коммунального хозяйства обрабатываются совместно на централизованных (региональных, городских) очистных сооружениях. Межотраслевые водохозяйственные системы позволяют использовать очищенные бытовые и промышленные сточные воды для орошаемого земледелия, а тепло сбросных вод электроэнергетики − для интенсификации сельскохозяйственного производства (например, обогрева теплиц) и рыбного хозяйства. При этом одновременно решаются и природоохранные проблемы, так как экономятся водные ресурсы, уменьшается сброс сточных вод в водоемы.
Биологическая очистка освобождение воды от органических и некоторых минеральных загрязнений. Она сходна с природным процессом самоочищения водоемов. Биоочистка осуществляется сообществом организмов, которое состоит из различных бактерий, водорослей, грибков, простейших, червей и др. Процесс очистки основан на способности этих организмов использовать растворенные примеси для питания, роста и размножения. В аэробных процессах микроорганизмы, культивирующиеся в активном иле либо в биопленке, используют растворенный в воде кислород. Для их жизнедеятельности необходимы постоянный приток кислорода и температура 20− 30° С. Анаэробная очистка протекает без доступа кислорода, основной процесс здесь − сбраживание ила. Эти методы применяют для очистки от органики сильно концентрированных сточных вод и для обезвреживания осадков. Биологическая очистка сточных вод может проходить в естественных условиях (на полях орошения, полях фильтрации, биологических прудах) и в искусственных сооружениях − аэротенках и биофильтрах разной конструкции. Биологическую очистку производственных сточных вод проводят обычно в искусственных условиях, где процессы очистки протекают с большей скоростью.
Аэротенки представляет собой разделенный перегородками на отдельные коридоры железобетонный резервуар. Процесс очистки в аэротенке идет по мере пропускания через него аэририруемой смеси сточной воды и активного ила, состоящего из живых организмов и твердого субстрата (отмершей части водорослей и различных твердых остатков). Из аэротенка смесь обработанной сточной воды и активного ила поступает во вторичный отстойник. Осевший на дно активный ил отводится в резервуар насосной станции, а очищенная сточная вода поступает либо на дальнейшую доочистку, либо дезинфицируется. В процессе биологического окисления происходит прирост биомассы активного ила. Избыток его направляется в сооружения по обработке осадка, а основная часть в виде циркуляционного активного ила снова возвращается в аэротенк. В биофильтрах сточная вода фильтруется через слой кусковой загрузки, в качестве которой используют щебень, гравий, шлак, керамзит, пластмассу, металлическую сетку и другие материалы, на поверхности которых образуется биологическая пленка, выполняющая те же функции, что и активный ил. Она адсорбирует и перерабатывает органические вещества, находящиеся в сточных водах.
В процессе биологической очистки сточных вод образуется большая масса осадков, которые необходимо утилизировать либо обезвредить и изолировать. С этой целью применяют уплотнение активного ила, обезвоживание, термическую обработку и другие операции. После обезвреживания осадки можно использовать в качестве органоминеральных удобрений или компонента некоторых материалов. Разработаны технологии рекуперации активного ила, с помощью которых получают белково витаминные продукты, кормовые дрожжи и технические витамины для комбикормовой промышленности. Эффективная очистка промышленных и коммунально бытовых сточных вод представляет одну из наиболее актуальных инженерно экологических проблем. Даже при очистке сточных вод биологическим методом из них извлекается не более 90% органических веществ и всего лишь 10− 40% неорганических соединений. Существующие процессы биологической очистки сточных вод позволяют разрушать только относительно простые органические соединения, степень очистки от неорганических и сложных органических веществ гораздо ниже. Это приводит к необходимости получения новых штаммов микроорганизмов, пригодных для очистки специальных промышленных стоков.
Улучшение качества воды для хозяйственно питьевых целей Осветление воды — удаление из нее взвешенных веществ. В зависимости от требуемой степени осветления применяют: от стаивание воды в отстойниках, в гидроциклонах, осветление воды, пропуская ее через слой ранее образованного взвешенного осад ка, осветителях со в взвешенным осадком, фильтрование воды через слой зернистого или порошкообразного фильтрующего материала в фильтрах или фильтрование через ткани и сетки. Обесцвечивание воды — устранение или обесцвечивание различных окрашенных коллоидов или истинно растворенных веществ. Для этого воду подвергают коагулированию, исполь зуют различные окислители (хлор, перманганат калия, озон) и сорбенты (активный уголь). Обеззараживание воды проводят для уничтожения содержа щихся ней в болезнетворных вирусов и бактерий. Применяют чаще всего хлорирование воды, бактерицидное облучение, озо нирование другие и способы обеззараживания. Используют и специальные способы обработки как хозяйствен но питьевой, так и производственной воды, такие, как дезодора ция − удаление привкусов и запахов. При высоком содержании в воде железа или фтора может потребоваться ее обезжелезивание (или обесфторирование).
Основные технологические схемы водоподготовки. Сочета ние необходимых технологических процессов и сооружений со ставляет технологическую схему улучшения качества воды. В практике водоподготовки технологические схемы подразделяют на реагентные и безреагентные, по эффекту осветления, по числу технологических процессов и числу ступеней каждого из них, напорные и безнапорные. Реагентые и безреагентные технологические схемы приме няют при подготовке воды для хозяйственно питьевых целей и для нужд промышленности. Данные технологические схемы существенно отличаются друг от друга по размерам водоочистных сооружений и условиям их эксплуатации. Для осаждения основной массы взвешенных веществ с применением реагентов необходимо 2− 4 часа, а без реагентов − несколько суток. Фильтрование с использованием реагентов проходит со скоростью 5− 12 м/ч и более, а без реагентов (медленное фильтрование) − 0, 1− 0, 3 м/ч. При обработке воды с применением реагентов водоочистные сооружения значительно меньше по объему, ком пактнее дешевле, хотя и и сложнее в эксплуатации.
Безреагентные технологические схемы (с гидроциклонами, намывными и медленными фильтрами) обычно применяют для водоснабжения небольших водопотребителей при цветности исходной воды до 50 ºС, для грубого осветления воды, для водо снабжения яда промышленных р объектов. В этих случаях достаточно одного отстаивания или одного фильтрования на грубозернистых фильтрах. По эффекту осветления подразделяют технологические схемы для полного (глубокого) и неполного (грубого) осветления воды. При полном осветлении очищенная вода отвечает требованиям питьевой, при неполном — содержание взвеси в очищенной воде во много раз больше (до 50− 100 мг/л). Технологические схемы для глубокого осветления воды применяют для хозяйственно питьевых и для многих промышленных водопроводов, где к качеству технической воды предъявляются высокие требования. Технологические схемы неполного осветления используются при подготовке технической воды.
2. 2. 2. 4. Состояние водных ресурсов в России Водные ресурсы распределены по территории страны неравномерно: 90% общего годового объема стока приходится на бассейн Северного Ледовитого и Тихого океанов, и менее 8% − на бассейн Каспийского и Азовского морей, где проживает свыше 80% населения России и сосредоточен ее основной промышленный и сельскохозяйственный потенциал. В целом суммарный водозабор на хозяйственные нужды относительно невелик − 3% среднемноголетнего стока рек. Однако в бассейне Волги он составляет 33% всего водозабора по территории страны, а по ряду речных бассейнов забор среднегодового стока превышает экологически допустимые объемы изъятия (Дон − 64%, Терек − 68, Кубань − 80% и т. д. ). На юге европейской территории России практически все водные ресурсы вовлечены в народнохозяйственную деятельность. Даже в бассейнах рек Урала, Тобола и Ишима водохозяйственная напряженность стала фактором, в определенной степени сдерживающим развитие народного хозяйства. В России водные ресурсы представлены в основном пресными водами поверхностного стока и в меньшей доле подземными. Воды морей и океанов, солоноватые и соленые воды, ледники и снежники − это резервы
На территории страны имеется около 3 млн рек, ручьев и временных водотоков, 2, 7 млн. озер (26, 5 тыс. м 3 пресных вод), сотни тысяч болот , большие запасы подземных вод, около 30 тыс. водохранилищ и прудов (вместимостью 800 м 3). В РФ сосредоточено около 1/4 мировых запасов пpecных поверхностных и подземных вод. По объему речного стока − 4264 км 3/ год (10% мирового речного стока, или 30 тыс. км 3/ год на одного жителя) − она занимает второе место в мире после Бразилии. Однако распределены водные ресурсы по территории страны крайне неравномерно. Свыше 71% объема речного стока приходится на районы Сибири и Дальнего Востока и лишь 8% (менее 3 м 3/год на человека) − на европейскую часть, где сосредоточено до 80% населения и производственного потенциала. Выделяются регионы со средней водообеспеченностью − Центр, Урал, юг Западной Сибири, Восточная Сибирь, и низкой − Ставропольский край, Заволжье, Нижнее Поволжье, Барабинская низменность в Западной Сибири, Забайкалье, Центральная Якутия.
В бассейнах ряда рек (Дон, Кубань, Терек, Сулак, Волга, Обь, Томь, Тобол, Иртыш, Лена, Енисей, Амур) наблюдается сложная ситуация. Ресурсные возможности этих рек не удовлетворяют требованиям гидроэнергетики, водного транспорта и рыбного хозяйства. Дефицит водных ресурсов (усиливающийся в маловодные годы) усугубляется неудовлетворительным качеством вод. По данным государственного использования вод, суммарный забор воды из природных водных объектов в 2007 г. составил 80, 0 км 3. Всего в Российской Федерации в 2007 г. использовано 62, 5 км 3 свежей воды, в т. ч. : из поверхностных источников – 49, 7 км 3, подземных – 7, 5 км 3, морской воды – 5, 3 км 3. Структура водопотребления характеризуется следующими показателями: – производственные нужды – 60, 8%; – хозяйственно питьевые нужды – 18, 6%; – орошение – 13, 4%; – сельскохозяйственное водоснабжение – 1, 0%; – прочие нужды – 6, 2%.
Потери воды во внешних сетях при транспортировке от водоисточников до водопотребителей в 2007 г. составили 7, 9 км 3. Потери воды водопользователями, относящимися к разделу ОКВЭД “Сельское хозяйство, охота и лесное хозяйство”, составили 25, 8% от объема забранной воды, в основном за счет орошения. Практически все поверхностные и большая часть подземных водных объектов в регионах размещения крупных промышленных и сельскохозяйственых комплексов испытывают значительное антропогенное воздействие. Вода перестала быть ресурсом, в полной мере возобновляемым, по причине разрушения человеком природных систем, ее воспроизводящих. Осушение болот, хозяйственное освоение водосборных территорий, территориальное перераспределение стока (в стране используется 37 крупных водохозяйственных систем суммарной протяженностью 3 тыс. км и объемом перебрасываемого стока 17 км 3/год), хозяйственное освоение водосборных территорий и др. − все это изменило характер формирования стока и водный режим многих водных объектов. В России сложилась напряженная (предкризисная) водохозяйственная обстановка. Она характеризуется обострением следующих социально
Массовая гибель малых рек На территории бассейнов малых рек (длиной до 100 км), составляющих 30% суммарного многолетнего стока, проживает значительная часть городского и сельского населения. За последние 15− 20 лет интенсивное хозяйственное использование веяных ресурсов и прилегающих земель привело к истощению, обмелению и загрязнению рек. Бесконтрольное изъятие воды, уничтожение водоохранных полос и осушение верховых болот привело к массовой гибели малых рек. Особенно ярко этот процесс наблюдается в лесостепных и степных зонах, на Урале и вблизи крупнейших промышленных центров. Истощение запасов и загрязнение подземных вод Ресурсный потенциал подземных вод России составляет 869, 1 млн. м 3/сут. Степень освоения разведанных месторождений подземных вод и их запасов пока остается низкой: из 5837 месторождений полностью или частично введено в эксплуатацию лишь 2975 (51%). Эксплуатационные запасы подземных вод составляют 92, 48 млн. м 3/сут, в том числе по сумме категорий А+В+С 1 – 82, 12 млн. м 3/сут.
Для удовлетворения питьевых нужд населения и водоснабжения объектов промышленности из подземных источников добывалось 25, 08 млн. м 3/сут подземных вод. При этом 23, 7 млн. м 3/сут было использовано по целевому назначению и 2, 12 млн. м 3/сут потеряно при транспортировке воды в водопроводно канализационной сети. При вертикальном дренаже и водоотливе было извлечено 4, 71 млн. м 3/сут подземных и шахтных вод, из которых 3, 92 млн. м 3/сут сбрасывалось в гидросеть без использования и 0, 79 млн. м 3/сут расходовалось на технические нужды. Для различных целей использовалось 23, 75 млн. м 3/сут, в том числе: на хозяйственно питьевое водоснабжение 16, 92 млн. м 3/сут (71%), производственно техническое водоснабжение – 6, 31 млн. м 3/сут (27%), остальное – на орошение земель и обводнение пастбищ. Загрязнение 2321 участка (39% общего количества) связано с деятельностью промышленных предприятий, 721 участка (12%) – с сельскохозяйственной деятельностью, 739 участков (12%) – с коммунальным хозяйством, 512 участков (9%) – в результате подтягивания некондиционных природных вод при нарушении режима их эксплуатации, 594 участков (10%) обусловлены деятельностью промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных объектов (загрязнение подземных вод “смешанное”), а для 1080 участков (18%) источник загрязнения подземных вод не установлен.
Основными загрязняющими подземные воды веществами являются соединения азота (нитраты, нитриты, аммиак или аммоний – на 2321 участке), нефтепродукты (1793), сульфаты, хлориды (975), тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, кобальт, никель, ртуть или сурьма – 437), фенолы (371). На 4138 участках (69%) интенсивность загрязнения подземных вод составляет 1– 10 ПДК, на 1293 участках (22%) изменяется в пределах 10– 100 ПДК, на 536 участках (9%) превышает 100 ПДК. Согласно нормативам Сан. Пи. Н 2. 1. 4. 1074 01 чрезвычайно опасному загрязнению подземных вод (I класс опасности загрязняющих веществ) подвержены 157 участков (3% общего количества загрязненных участков), высокоопасному (II класс) – 1266 участков (21%), опасному (III класс) – 2776 участков (46%) и умеренно опасному (IV класс) – 477 участков (8%). На крупных водозаборах подземных вод, находящихся в ведении жилищно коммунального хозяйства городов, как правило, организованы зоны санитарной охраны, в пределах которых в основном соблюдаются требования Сан. Пи. Н 2. 1. 4. 027 95 “Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов хозяйственно питьевого водоснабжения”. На малых водозаборах в ряде случаев зоны санитарной охраны либо вообще не созданы, либо хозяйственная деятельность в пределах таких зон не соответствует требованиям
Выявлено около 1000 очагов загрязнения подземных вод, 75% которых приходится на наиболее заселенную европейскую часть России. Ухудшение качества воды отмечено в 60 городах и поселках на 80 питьевых водозаборах производительностью более 1000 м 3 в сутки. По экспертным оценкам, суммарный расход загрязненных вод на водозаборах составляет 5− 6% от общего количества подземных вод, используемых для хозяйственно питьевого водоснабжения. Степень загрязнения достигает 10 ПДК по тому или иному ингредиенту − нитратам, нитритам, нефтепродуктам, соединениям меди, фенолам и др. Наблюдается и истощение подземных вод, проявляющееся в снижении их уровней и формировании обширных депрессионных воронок, глубиной до 50− 70 м, диаметром − до 100 м. В целом состояние используемых подземных вод оценивается как критическое и имеет опасную тенденцию дальнейшего ухудшения.
Ухудшение качества питьевой воды Состояние водных источников (поверхностных и подземных) и систем централизованного водоснабжения не может гарантировать требуемого качества питьевой воды. Более 50% россиян вынуждены пользоваться водой, не соответствующей стандартам по различным показателям. Более 20% проб питьевой воды не удовлетворяет действующим нормам по химическим показателям и более 11% по микробиологическим, 4, 3% проб питьевой воды представляют реальную опасность для здоровья населения. Основными причинами ухудшения качества питьевой воды являются: несоблюдение режима хозяйственной деятельности в зонах санитарной охраны (17% водоисточников и 24% коммунальных водопроводов из поверхностных источников вообще не имеют санитарно охранных зон); отсутствие в ряде случаев очистных сооружений на коммунальных водопроводах (13, 1%) и обеззараживающих установок (7, 2%), а также вторичное загрязнение воды в разводящих сетях при авариях, количество которых ежегодно возрастает. Об опасности сложившегося положения свидетельствует и ежегодное увеличение количества эпидемических вспышек острых кишечных инфекционных заболеваний, вирусного гепатита, обусловленных водным фактором передачи инфекции.
Загрязнение морей Все внутренние и окраинные моря Российской Федерации испытывают интенсивную антропогенную нагрузку, как самой акватории, так и в результате хозяйственной деятельности на водосборном бассейне. Для морских берегов характерно развитие абразионных процессов, более 60% береговой линии испытывает разрушение, размыв и подтопление, что наносит значительный ущерб народному хозяйству и является дополнительным источником загрязнения морской среды. Особую опасность вызывает захоронение радиоактивных отходов в северных морях. В последние годы контроль за качеством морских вод несколько ослаб и проводится по сокращенной программе в связи с недостаточным финансированием. Усиление негативного влияния антропогенной деятельности на состояние и условия воспроизводства рыбных запасов. Гидростроительство, забор большого количества пресной воды на орошение и другие хозяйственные нужды, эксплуатация водозаборов без рыбозащитных устройств, загрязнение вод, превышение квоты добычи и другие факторы резко ухудшили состояние и условия воспроизводства рыбных запасов: сокращаются уловы рыбы (напряженная обстановка для рыбного хозяйства сложилась в бассейнах рек: Обь, Иртыш, Енисей, Кубань.
Объем вылова только в 2007 г. в наиболее крупных пресноводных водоемах России снизился на 22, 4%; снижается рыбопродуктивность озерного фонда − в среднем она составляем 4− 6 кг/га, а в заполярных озерах − менее 1 кг/га; добыча в оз. Ильмень сократилась на 40%; средняя рыбопродукгивность водохранилищ колеблется от 0, 5 до 40 − 50 кг/га; сокращаются уловы рыбы и в морях, так рыбопродуктивность Белого моря составляет около 1 кг/га, а запас мойвы в Баренцевом море в 2007 г. сократился по сравнению с 2006 г. в 6, 5 раза, при этом нерестовый запас стал ниже оптимального неприкосновенного запаса. Моря Дальнего Востока характеризуются исчезновением сардины иваси и сокращением запасов минтая, что вызвано нерегулируемым иностранным промыслом; происходит исчезновение ценных пород рыбы, угнетение и гибель многих видов ихтиофауны (в Волге полностью исчезли естественные нерестилища белорыбицы, сохранились только 12% пересилит осетровых рыб; исчезли заросли морской капусты (ламинарии) в некоторых районах Приморья; увеличивается заболеваемость ценных пород рыбы и накопление в ней вредных загрязняющих веществ (в мышечных тканях осетровых отмечается накопление хлороргапнческих пестицидов, солей тяжелых металлов, ртути). Результаты проверки показали: из 193 проб рыбы различных участков Ветлуги, Чебоксарского и Куйбышевского водохранилищ в 156
Загрязнение поверхностных вод По данным государственного водного кадастра, охватывающим в 2007 г. деятельность 42 тыс. водопользователей, на хозяйственно питьевые и производственные нужды, на нужды орошения и сельскохозяйственного водоснабжения, на прочие нужды использовано 62, 5 км 3 воды. Без изменения остается показатель экономии воды в результате функционирования систем оборотного водоснабжения (79, 2%). В поверхностные водные объекты страны в 2007 г. поступило 51, 4 км 3 сточных вод, из которых 33, 4% – доля сброса загрязненных сточных вод, 62, 6% – нормативно чистых и 4, 0% – нормативно очищенных. Суммарный объем сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты России в 2007 г. составил 17, 2 км 3, при этом 3, 4 км 3 сточных вод сбрасываются без какой либо очистки. Около четверти объема сточных вод сброшено в поверхностные водные объекты Центрального федерального округа, по 18% – Приволжского и Северо Западного федеральных округов. Для подавляющего большинства субъектов Российской Федерации одним из основных источников загрязнения водных объектов являются предприятия, связанные со сбором, очисткой и распределением воды, удалением сточных вод, отходов и с аналогичной деятельностью (жилищно коммунальное хозяйство).
В ряде городов вклад этих предприятий в сброс загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты составляет: в Москве и Омске – больше 90%, Ульяновске и Санкт Петербурге – до 80%, Волгограде – до 70%, Нижнем Новгороде, Саратове и Воронеже – около 50%. Наибольшую нагрузку на водные ресурсы в стране оказывают химическая и нефтехимическая промышленность – 6, 6%, лесная, деревообрабатывающая и целлюлозно бумажная – 7, 2%, сельское хозяйство − 7, 2% и нематериальное производство – 61, 0%. Резко возросло бактериальное загрязнение поверхностных водоемов. В значительной степени это связано с ежегодно увеличивающимся числом аварийных сбросов неочищенных сточных вод, крайне неудовлетворительным состоянием канализационных коллекторов и нарушением в большинстве случаев режима обеззараживания стоков, сбрасываемых предприятиями коммунального хозяйства. Загрязнение водоемов происходит не только отходами про мышленного производства, но и попаданием с полей в водоемы органики, минеральных удобрений, пестицидов, применяемых в сельском хозяйстве. Радиационное загрязнение поверхностных вод в РФ охватило территорию в 25 тыс. км 2 с населением более 500 тыс. человек.
Сохраняется многолетняя тенденции нарастания загрязнения поверхностных вод. Годовой объем сброшенных стоков составляет 20 км 3. Со сточными водами промышленности, сельского и коммунального хозяйства и водные объекты поступает огромное количество загрязняющих веществ. На территории страны практически все водные объекты подвержены антропогенному влиянию, качество воды большинства из них не отвечает нормативным требованиям. Наибольшей антропогенной нагрузке подвергнется Волга со своими притоками Камой и Окой. Среднегодовая токсичная нагрузка на экосистемы Волги в 6 раз превосходит нагрузку на водные экосистемы других регионов страны. Качество вод Волжского бассейна не соответствует гигиеническому, рыбохозяйственному и рекреационному нормативам. В связи с перегруженностью и низкой эффективностью работы очистных сооружений объем нормативно очищенных сточных вод, сброшенных в водоемы, составляет только 10, 7% от общего объема воды, подлежащей очистке.
ПДК вредных ингредиентов в воде превышают в десятки, а порой и в сотни раз: воды реки Урал в районе городов Орел и Оренбург содержат железо, нефтепродукты, аммонийный и нитратный азот, среднегодовые концентрации которых колеблются от 5 до 40 ПДК; в Приморье воды реки Рудной загрязнены борсодержащими веществами и соединениями металлов концентрации меди, цинка, бора достигают соответственно 30, 60 и 800 ПДК и т. д. Результаты проверки качества водных источников показали: только 12% обследованных водных объектов можно отнести к условно чистым (фоновым); 32% − находятся в состояний антропогенного экологического напряжения (умеренно загрязненные); 56% − являются загрязненными годными объектами (или их участками), экосистемы которых находятся в состоянии экологического регресса.
Трансграничное загрязнение поверхностных вод Качество трансграничных поверхностных водных объектов в 2007 г. оценено по результатам режимных наблюдений в 62 пунктах, расположенных на 51 водном объекте на границе России с сопредельными государствами. Наиболее распространенными загрязняющими веществами в пограничных районах являлись легко и трудноокисляемые органические вещества (по БПК 5 и ХПК), соединения металлов (медь, железо, марганец). В целом в пограничных районах России нарушение норм качества чаще всего было в пределах от 1 до 10 ПДК, отмечены единичные случаи выше этих значений ПДК. Наиболее загрязненными остаются участки водных объектов на границах с Норвегией, Казахстаном и Китаем. Расчет переноса химических веществ выполнен по результатам наблюдений на 33 реках в районе пересечения границ с Финляндией, Польшей, Белоруссией, Украиной, Грузией, Азербайджаном, Казахстаном, Монголией и Китаем.
Результаты расчета свидетельствуют, что наибольшее количество водной массы внесено на территорию России через границу с Казахстаном (39, 8% контролируемой), вынесено с территории России в Украину (43, 4%). Максимальное количество большей части определяемых веществ с водой рек поступило на территорию России из Казахстана; главных ионов, общего фосфора и кремния – с территории Украины; общего железа – с территории Монголии. Наибольшее количество органических, биогенных веществ, главных ионов, соединений никеля и нефтепродуктов со стоком рек было вынесено из России на территорию Украины; соединений меди и цинка – на территорию Азербайджана, соединений общего хрома, фенолов и хлорорганических пестицидов – на территорию Казахстана.
Расточительное водопользование. Для отечественной экономики характерны традиционно высокие удельные расходы воды на единицу произведенной продукции (в 3– 10 раз больше, чем в развитых странах). Наиболее водоемкие отрасли промышленности черная и цветная металлургия, химическая и нефтехимическая, топливная и машиностроение. При суммарном объеме забора воды из природных источников 117 км 3, потери составили 9, 1 км 3: промышленности – 25%; в жилищно коммунальном хозяйстве – до 40%; в сельском хозяйстве – 35%. В сельском хозяйстве завышены нормы подачи воды на нужды как животноводства, так и растениеводства. Самым крупным водопотребителем остается орошаемое земледелие. За последние 10 15 лет площади орошаемых земель сократились почти вдвое и составляют около 3 млн га. Значительно понизился технический уровень оросительных систем, износ сети и оборудования достигает 75%. Потери воды при транспортировке достигают 60% от общего объема ее забора на орошение. Велики потери воды в жилищно коммунальном хозяйстве – от 20 до 40% (за счет утечек в жилых и общественных зданиях, коррозии и износа водопроводных сетей). А нормы водопотребления завышены в 1, 5– 2 раза по сравнению с экономически развитыми странами и
Снижение качества питьевой воды. Основные источники питьевого водоснабженин речной сток и подземные воды. Качество поверхностных вод неудовлетворительное. В связи с загрязненностью требует специальной подготовки вода, забираемая для водоснабжения из Волги, Днепра, Дона, Кубани, Северной Двины, Печоры, Оби, Енисея, Лены, Камы, Амура и многих озер. Основные реки России – Волга, Дон, Кубань, Обь, Енисей, Лена, Печора – оцениваются как «сильно загрязненные» . Вода в Неве, Томи, Oкe н Урале непригодна по качеству для питьевого ихозяйственно бытового назначения. Водопроводной водой (с забором из поверхностных источников) обеспечивается 68 %, населения в городах и более 10%, в селах. Водоснабжение сельских населенных пунктов в основном осущеетвляется из подземных источников. Имеющиеся технологии водоподготовки в условиях продолжающегося ухудшения качества воды в водных источниках не обеспечивают подготовку воды до нормативных требований. Норма содержания хлора в российской питьевой воде в 2, 5 раз выше, чем в США, и в 12 раз выше, чем в Западной Европе. Более 40% водопроводов не имеют необходимых очистных сооружений для обезвреживания и очистки воды. Мощности водопроводов используются со значительной перегрузкои и
Почти 30% населения страны пользуется децентрализованными источниками водоснабжения без соответствующей водоподготовки. В ряде регионов люди страдают от недостатка питьевой воды и отсутствия связанных с этим надлежащих санитарно бытовых условий. К регионам с наибольшими отклонениями качества питьевой воды относятся республики Дагестан, Ингушетия, Калмыкия, Карачаево Черкесия, Карелия и Татарстан, Алтайский и Приморский край, Архангельская, Ивановская, Кировская, Костромская, Рязанская, Смоленская и Ульяновская области. Микробное загрязнение питьевой воды представляет серьезную опасность для здоровья россиян. В 2004 г. в РФ зарегистрировано 19 вспышек острых кишечных заболеваний водного характера, число пострадавших выросло на 23% и составило 1715 человек. Наиболее крупные вспышки связаны с употреблением недоброкачественной водопроводной воды среди населения Махачкалы (Республика Дагестан). Каждый второй россиянин вынужден использовать для питьевых целей воду, не соответствующую по ряду показателей гигиеническим требованиям, что создает серьезную угрозу для здоровья. Отставание России по средней продолжительности жизни (мужчины – 59 лет, женщины 72 года) от экономически развитых стран в значительной
Ухудшение экологического состоянuя водных объектов. Многоцелевое и, как правило, нерациональное использование водных ресурсов приводит к их загрязнению, истощению и деградации. Биогенные элементы и органические соединения (попадающие в реки и озера со сточными водами), вызывают эвтрофикацию – бурное развитие водорослей ( «цветение» вод) с выделением токсичных веществ. В результате происходит уменьшение кислорода в воде, замор рыб и других животных. Чрезмерный антропогенный пресс на водные и околоводные системы приводит к обеднению ландшафтного и биологического разнообразия. Развитие хозяйственной деятельности на водосборных территориях значительно изменило характер формирования и водный режим многих водных объектов. Это выразилось в усилении паводков, более частых наводнениях, подтоплении и затоплении земель и других стихийных бедствиях, связанных с водой.
Повышение опасности возникновения стихийных бедствий. Площадь паводкоопасных территорий 400 тыс. км 2, из которых 50 тыс. ежегодно подвергается затоплению. Паводкоопасные регионы: Приморский край, Амурская и Сахалинская области, Забайкалье, Средний и Южный Урал, Нижняя Волга, Северный Кавказ и Восточная Сибирь. Наводнения – одно из наиболее часто повторяющихся стихийных бедствий. Наводнениям с катастрофическими последствиями подвержены территории в 150 тыс. км 2, на которых расположены 300 городов, десяки тысяч населенных пунктов, большое количество хозяйственных объектов и свыше 7 млн. га земель сельскохозяйственного назначения. Обострение проблемы наводнений связано не только с сокращением аккумулирующей способности водосборов в результате антропогенной деятельности, но и с действием таких факторов, как: старение основных водного хозяйства (более 40% всех гидротехнических сооружений требуют капитального ремонта и реконструкции); выделение бюджетных средств на ремонтно восстановительные работы осуществляется несвоевременно (часто после наступления паводков) и в недостаточных объемах; аварийность
интенсивное хозяйственное использование и бесконтрольная застройка паводковых территорий без проведения защитных мероприятий; низкая достоверность прогнозов в результате сокращения гидрологической сети и др. Обострившиеся водохозяйственные проблемы в различной степени затрагивают население и экономику всей страны и требуют принятия действенных мер для нормализации сложившегося положения.
Скачать презентацию Проблемы водных ресурсов Разрушение и химическое загрязнение водных
Проблемы водных ресурсов.ppt