ПОП_и_ООС_заочникам / Теория (основная) / Лекции ПОЛНЫЕ

Лекция № 15 (№3 по 2-му семестру, 4 часа)

Охрана и рациональное использование пресных вод. Проблемы сточных вод и питьевого водоснабжения

В данном разделе мы рассмотрим, какую огромную антропогенную нагрузку принимают на себя пресные воды, что определяет, в свою очередь, само существование жизни на нашей планете. Будут рассмотрены две основные проблемы, которые возникают в связи с этим.

Вода – это удивительное вещество на Земле, это вещество жизни. Именно вода, гидросфера делает нашу Землю Землею. Без воды жизнь невозможна. Мы используем воду в быту, в промышленности, в сельском хозяйстве, но цену воде обычно знают только там, где ее недостает. Монгольская пословица гласит: “Человек не ценит воду до тех пор, пока не иссякнет источник”.

Запасы воды на Земле

Основной объем воды сосредоточен в Мировом океане – 96,5% от общих запасов, 1338000 тыс. км3. Таким образом, на долю пресной воды приходится около 3,5%.

Опять таки большая часть пресной воды сосредоточена в ледниках (68,7% от объема пресной воды или 24064,10 тыс. км3 – 1,74% от общих запасов) и под землей (подземные воды делят на пресные и соленые). Пресных вод – 10530 тыс. км3 или 30,1% от общего запаса пресных вод и 300 тыс. км3 – это подземные льды или 0,86% от общего запаса пресных вод. Пресные подземные воды, как правило, залегают на глубине 150-200 м, их применение в 100 раз больше, чем применение вод на поверхности.

Воды пресных озер содержат всего 91 тыс. км3 или 0,26% от объема пресных вод.

Самый крупный по площади зеркала пресноводный водоем мира (82680 км2) – оз. Верхнее. Однако по объему воды (11600 км3) и максимальной глубине (406 м) оно значительно уступает оз. Байкал (24000 км3 и 1741 м, соответственно) и оз. Танганьика (18900 км3 и 1435 м, соответственно).

Самый крупный пресный водоем в Европе – оз. Ладожское. Площадь Ладоги – 17700 км2, объем воды – 908 км3, максимальная глубина – 230 м. Общая площадь болот на земном шаре ~ 3 млн. км2 или 2% суши. Почти 60% долот расположено в России, а

меньше всего в Австралии (~ 0,05% ее площади). Вода в атмосфере – это водяной пар и его конденсат (капельки и ледяные кристаллы). Чем выше температура, тем больше водяного пара в воздухе. Биологическая вода – это вода живых организмов, в которых в среднем ее около 80%. Общая масса живого вещества оценивается в 1400 млрд. тонн. Отсюда масса воды – 1120 млрд. т или 1120 км3.

Потребление воды (вода как ресурс)

Вода, важнейший компонент природной среды, всегда подвергалась антропогенному воздействию, которое особенно усилилось в прошлом столетии. Потребление воды промышленностью и сельским хозяйством в настоящее время достигло огромных размеров.

По оценкам специалистов, безвозвратное водопотребление составляет ~ 150 км3 в год, т.е. 1% устойчивого стока пресных вод. Потребность в воде все время возрастает, и в последнее время ускорение этого возрастания составляет около 3,1% в год, т.е. за 10 лет потребление воды может увеличиться на ⅓.

Средние суммарные ресурсы речных вод земного шара составляют 46,8 тыс. км3 в год, из них на территории России – 4,3 тыс. км3 в год (9,1%) при площади – 17,08 млн. км2 (11,5%) и населении на 2002 г. – 145,2 млн. чел. (~ 2,6%). Средняя водообеспеченность 1 жителя России составляет 80 м3 в сутки, в то время как в среднем в мире эта величина равна 22,5 м3 в сутки.

Однако 90% речного стока России приходится на бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов. На бассейны Каспийского и Азовского морей, где сосредоточен основной промышленный и сельскохозяйственный потенциал России, и проживает свыше 80% населения, приходится менее 8% общего годового объема речного стока. Это приводит к напряжению водохозяйственных балансов в этих речных бассейнах.

Мировые запасы пресной воды в озерах равны 91 тыс. км3, из них более 25% (24,5 тыс. км3) находятся в озерах России, в том числе в озере Байкал – 23 тыс. км3 и Ладожском – 908 км3 (самое крупное озеро в Европе).

Эксплуатационные запасы подземных вод разведанных месторождений России оцениваются в 29,1 км3 в год, потенциальные – 230 км3 в год, при общих оценках в мире – 23400 км3 (чуть менее 10% – в России). В настоящее время по данным ООН свыше 400 млн. человек живут в регионах, где не хватает воды и по оценкам в 2050 г. их число увеличится до 2 млрд. чел. Более 1 млрд. человек не имеют безопасной питьевой воды. В развивающихся странах до 75% заболеваний связано с потреблением непригодной для питья воды.

Недостаток воды в поверхностных источниках и ее загрязнение приводит ко все увеличивающемуся забору подземных вод. В ряде районов США, Китая, Индии, Йемена и других стран подземные воды расходуются быстрее, чем пополняются, и их уровень неуклонно снижается. В результате даже такие крупные реки как Колорадо в США, Хуанхэ в Китае, не говоря о мелких реках, нередко пересыхают и уже не впадают, как прежде, в океан.

Потребление воды год от года растет, а вода становится все грязнее. Один литр сточных вод делает непригодным для питья 8 л пресной воды, а объем мировых стоков перевалил уже за 1,5 тыс. км3 в год. Легко рассчитать, что уже ¼ воды рек непригодны для питья.

Многие эксперты убеждены, что мир вступил в эпоху войн за ресурсы, среди которых самым важным является вода (ее просто нечем заменить). По прогнозам к середине века лишь 3-4 страны в мире не будут испытывать острой нехватки пресной воды.

По заключению экспертов ООН, самое высокое качество питьевой воды сегодня в Финляндии, Канаде и Новой Зеландии. Россия – на 7-м месте. Самое низкое качество – в Бельгии, Марокко и Индии.

По запасам на душу населения лидируют Дания (за счет Гренландии), французская Гвиана и Исландия. Россия не входит даже в десятку. Хуже всего обеспечены водой Кувейт, Палестина и Арабские Эмираты.

Вода – один из важнейших факторов, определяющих размещение производительных сил, а очень часто и средства производства.

Больше всего воды потребляет сельское хозяйство. Например, при выращивании

Очень велика потребность в воде и у промышленности. На производство 1 т продукции расходуется воды (в м3):

Для работы ТЭС мощностью 300 тыс. кВт требуется 300 км3 воды в год. Средний химический комбинат ежегодно расходует 1-2 млн. м3 воды. В городе с населением свыше 3 млн. чел. суточный расход воды более 2 млн. м3, а годовой – 1 км3. Потребление пресной воды с 1940 г. по 2000 г. в США представлено в табл. №__.

Таблица __

Потребление пресной воды (км3/год) в США

Источники загрязнения вод суши

Загрязнение рек и озер происходит с нарастающей скоростью, т.к. в водоемы поступает огромное количество взвешенных и растворенных веществ (неорганических и органических).

Основными источниками загрязнения природных вод являются:

1.Атмосферные осадки, несущие вымываемые из воздуха загрязнители (поллютанты) промышленного происхождения. При стекании по склонам атмосферные и талые воды дополнительно увлекают с собой и вымывают из почвы органические и минеральные вещества. Особенно опасны стоки с городских улиц, промышленных площадок, несущие нефтепродукты, мусор, фенолы, кислоты, тяжелые металлы, удобрения и пр. Значительное загрязнение водоемов вызывают “кислые дожди” (“кислотные осадки”). В Норвегии, Швеции и Дании серной кислоты выпадает на каждый м2 от 0,8 до 1,2 грамма.

ВКанадской провинции Онтарио за счет кислых дождей, переносимых с территории США стали безжизненными 148 озер и еще около 4 тыс. озер подвергаются такому воздействию. Из атмосферы в озера попадает и большое количество азота. По современным оценкам выпадение, например, аммонийного азота на европейской территории России оценивается в среднем в 0,3 т/км2, а серы – до 2,0 т/км2.

2.Сточные воды (городские, сельские), включающие преимущественно бытовые стоки, содержащие фекалии, органику (до 58%), детергенты (поверхностно-активные моющие средства, до 42%), микроорганизмы, в том числе и патогенные.

3. Промышленные сточные воды, образующиеся в самых разнообразных отраслях производства, среди которых наиболее потребляющие воду – черная металлургия, химическая, лесохимическая, нефтеперерабатывающая промышленность и сельское хозяйство. Промышленные сточные воды несут фенолы, нефтепродукты, фториды, цианиды, тяжелые металлы, нитраты и пр.

В табл. №__ представлены данные выбросов загрязняющих сточных вод в поверхностные водоемы России в 1995 г. и 2002 г., в млн. м3 по данным Государственного доклада “О состоянии и охране окружающей среды в 2002 г.”.

Таблица __ Выбросы загрязняющих сточных вод в поверхностные водоемы России в 1995 г. и 2002 г., в млн. м3

Основной вклад в загрязнение вод через сбросы вносит жилищно-коммунальное хозяйство, сельское хозяйство, деревообрабатывающая, химическая и нефтехимическая промышленность. Заметный вклад вносит и электроэнергетика, и черная и цветная металлургия.

Сток с сельскохозяйственных территорий может быть поверхностным и почвенным. Выносятся соли, пестициды, органика. В конечном итоге воды не только загрязняются, но и эвтрофируются. Особенно негативное воздействие на водные объекты оказывают стоки с крупных животноводческих комплексов. Эвтрофикация охватила многие водоемы Европы и США. Вследствие наличия большого количества гниющей органики рыбы испытывают кислородное голодание и гибнут.

Промышленные стоки приводят и к так называемому “тепловому загрязнению”, которое нарушает ход естественных гидрохимических процессов. Кроме основных источников загрязнения следует указать лесосплав и утечки нефтепродуктов и химикатов при транспортировке. Иногда последние два загрязнения бывают катастрофическими, несмотря на их разовый точечный характер.

Обособленно от указанных видов загрязнений стоит радиоактивное. Его особенностью является то, что оно не зависит от природных физических и химических условий и не может быть устранено.

Можно привести ряд крупнейших загрязнителей поверхностных вод на территории России, ими являются: Котласский, Братский и Архангельский ЦБК (в Архангельском ЦБК – в Новодвинске происходит загрязнение сульфатами, лигнином, диоксинами), Новолипецкий, Магнитогорский и Нижнетагильский металлургические комбинаты, Северсталь.

Состояние речных и озерных вод России

Вкачестве яркого примера загрязнения речных вод в России можно привести нашу великую Волгу. Она находится в тяжелом положении. Площадь ее бассейна – 62,2% ЕТР (53,1 млн. чел. – 36,7% всего населения России). В Волгу и ее водохранилища впадает 2600 рек. Она несет в Каспий 240 км3 воды ежегодно и за год в нее сбрасывается 23 км3 сточных вод. С ними в Волгу попадает 360 тыс. т органических веществ, до 18 тыс. т нефтепродуктов, до 110 тыс. т аммонийного азота, 92 т фенолов, 375 т меди, 1200 т цинка, 850 т хрома и т.д. Скорость водообмена на Волге сократилась за счет плотин более чем в 10 раз (с 40 дней до 500 дней).

Врайоне Рыбинска и Ярославля наблюдается очень высокая загрязненность нефтью (в 1,3 раза превышены все допустимые нормативы). В Куйбышевском и Саратовском водохранилище ПДК по меди превышены в 20 раз (концентрации составляют 21 ПДК). Такое же почти положение в воде р. Оки у Серпухова, Каширы, Коломны, где содержание тяжелых металлов, аммонийного и нитратного азота составляет до 11 ПДК. О качестве вод р. Москва говорить не приходится, все ПДК превышены в 5-10 раз. В Москве реке и Оке у 100% выловленных рыб отмечаются серьезные генетические изменения, цирроз печени, болезни глаз (глаза вылезают из орбит), искривление скелета и др. болезни.

Средняя годовая токсическая нагрузка на экосистемы Волги и ее притоков в 5 раз превосходит токсическую нагрузку на другие водоемы России. Совет будущим мамам – хочешь родить здорового ребенка, пей только кипяченую фильтрованную воду, а затем

пой только такой водой. Эвтрофикация Волги столь велика, что купаться в Волге – найти место, где можно было бы искупаться, становиться все труднее.

Ухудшается состояние двух великих наших озер – Байкала и особенно Ладоги. Первый из них признан ЮНЕСКО достоянием человечества. Один из основных загрязнителей Байкала – Байкальский ЦБК. Несмотря на дорогое очистное оборудование в Байкал поступило 9700 т сульфатов, 6200 т хлоридов, 2800 т органики и т.д.

Высокие концентрации диоксинов обнаружены в пробах жира байкальской нерпы, хлорорганические соединения – в организмах рыб. В 2002 г. В.В. Путиным было принято решение прекратить сброс. Планируется перевести завод на производство из привозной целлюлозы.

Обращая внимание на Ладожское озеро, отметим, что некогда в Ладоге водились и осетр, и стерлядь. Пока еще обитает один из видов тюленей – ладожская нерпа. Ладога же является питьевым источником для всего региона Санкт-Петербурга. На ее берегах построено около десятка ЦБК, на берегах рек, впадающих в Ладогу, функционируют мощные животноводческие комплексы. Волховский алюминиевый завод ежегодно сбрасывает в озеро до 500 т фосфора. В настоящее время принимаются усилия по спасению уникального озера.

В целом Ленинградская область занимает 1-е место в стране по водопользованию – 5922 млн. м3. В то же время Нева – это единственная крупная река в России, в которую сливается без очистки более половины сточных вод – 310,4 млн. м3. Плохо обстоит дело и у наших соседей. В республике Карелия загрязненные стоки составляют 85% от объема сточных вод, сбрасываемых в поверхностные водные объекты – 241 млн. м3. В республике Коми р. Северная Двина на участке Новодвинск-Архангельск относится к категории “грязная”. ЦБК сбрасывают 80% загрязненных сточных вод. В Калининградской области

– 98%. Мурманская область – большинство малых рек по качеству воды относятся к “чрезвычайно грязным”. В Новгородской области ни одно из сооружений по очистке сточных вод не обеспечивает нормативную очистку. Немногим лучше в Псковской области. Санкт-Петербург занимает 2-е место в России по объему загрязненных сточных вод, он сбрасывает 6,7% от всего объема сброса сточных вод в России (79,2% городского объема – 1188 млн. м3).

Можно привести примеры и из опыта развитых стран Запада. Рейн – красивая река, но по берегам объекты промышленного и сельского хозяйства. До 1920-х гг. в Рейне водился осетр, до 1950-х гг. – лосось, всего более 60 видов рыб. Вылов лосося составлял около 100000 экз. в год. В 1960-е гг. рыба исчезла. Исчез целый ряд видов, среди которых и знаменитая “рейнская жемчужница” (исчезла полностью), до 1970-х гг. в водах этой реки

водилось около 10 видов рыб. Рейн сейчас – это “сточная канава Европы”. В 1970-1980-е гг. начаты работы по прекращению сброса сточных вод. Сейчас в реку даже вернулся лосось (конечно с помощью усилий человека, он был разведен и выпущен, пока что живет). По берегам Рейна живет около 80 млн. чел. Это интенсивная судоходная река.

К настоящему времени макрозообентос р. Рейн потерял 50% видов. Кроме рейнской жемчужницы исчез такой вид, как ручейная ракушка, став жертвой кислородного дефицита. Зато биомасса фитопланктона (особенно синезеленых водорослей), а также некоторых видов зоопланктона возросла. Увеличилось количество микроскопических, устилающих дно водорослей, одноклеточных организмов и бактерий. Вода Рейна не то, что для питьевого водоснабжения, но и для промышленного использования и для сельского хозяйства стала опасна.

Рассмотрим Великие американские озера: Верхнее, Мичиган, Гурон, Эри. Озеро Эри, расположенное на границе США и Канады, можно сравнивать с Рейном, который протекает через несколько государств Европы. Озеро имеет площадь 52,7 тыс. км2, оно в системе Великих американских озер всегда было самым “богатым”. В конце XIX в. – начале XX в. в нем ежегодно вылавливали 5000 ц осетра и 70000 ц сига. Но промышленный век привел к сбросу в него стоков с многочисленных городов, заводов, построенных на его берегах, с сельскохозяйственных угодий вокруг озера, очень большого количества стоков. В озеро поступало, в частности, 25000 т фосфора ежегодно. Еще больше азота. Особенно сбросы усилились в 1940-1950-е гг. В озере началось взрывное развитие водных организмов и, прежде всего, синезеленых водорослей. Вследствие этого на дне озера вместе с мусором, который сбрасывался в озеро, стал нарастать слой органических остатков, на разложение которых затрачивался весь придонный кислород. На это накладывалось поступление ядовитых веществ, особенно ртути и полициклических углеводородов. Наступила гибель экосистемы озера (очень большого озера). В 1964 г. в озере вылов осетра составлял 20 ц, а сига – 40 ц, т.е.уловы уменьшились в 1000 раз.

Немногим лучше обстояло дело и на других Великих американских озерах. Они просто были больше как по площади, так и по объему воды, а катастрофа разрушения их экосистем просто несколько откладывалась (оз. Верхнее, Мичиган, Гурон и южнее Онтарио). 148 озер США стали безжизненными.

Можно привести примеры деградации водных объектов и вследствие сельскохозяйственной деятельности человека. В США – это река Колорадо, из которой на орошение забирается 15,7 км3 в год при среднем стоке 16,7 км3. Река часто не доходит до океана. Из Аму-Дарьи на орошение забирается более 60% воды. Половина воды