Воды на планете по-прежнему много, но доля пригодной для питья - стремительно сокращается.

На в однение в провинции Дарфур на юге Судана в 2005 году вызвало острую нехватку питьевой воды . И это со в сем не удивительно: хотя воды в избытке, для питья она не пригодна. Фото: WHO

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 воды все 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 чистой воды 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.

США, округ Чероки в о время засухи 2007 года. Фото (Creative Commons license): Mark N aka mjn9

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 этого 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.

Тонкая зараза

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 до в ольно остро, для этих целей применяется жавелевая вода. Фото: WHO

В развивающихся странах используется технология дезинфекции воды в 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.
Система обратного осмоса, применяющаяся в США: давление воды с той стороны синтетической мембраны, где находятся загрязнители, превосходит давление чистой воды с противоположной стороны. В соответствии с законами гидростатики, вода просачивается через мембрану, очищаясь до дороге.Фото (Creative Commons license): Fred aka fhemerick

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, пре в осходит давление чистой воды с проти в оположной стороны. В соответствии с законами гидростатики, вода просачивается через мембрану, очищаясь до дороге.Фото (Creative Commons license): Fred aka fhemerick

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.

По вторное 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%.

Без соли

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).

Опреснительная станция. Подобные сооружения пока не часто в стретишь - они довольно дороги. Но сомневаться не приходится: со временем их будет становиться все больше. Фото (Creative Commons license): Tom Arthur

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.

Без чистой воды: главная проблема многоводной Украины

2313 0

За последние 100 лет потребление воды в мире увеличилось в несколько раз. И, по мнению ученых, существует риск постепенного истощения водных ресурсов планеты. 22 марта – Всемирный день водных ресурсов – напоминание об этом для человечества.

В Украине насчитывается более 14 тысяч рек / pennsylvaniafrack.com

Постепенное истощение водных ресурсов планеты заставило мир всерьез озаботиться этой проблемой. В 1992 году на Конференции ООН по охране окружающей среды в Рио-де-Жанейро была озвучена идея проведения Всемирного дня водных ресурсов. Уже в следующем году специальной резолюцией Генеральной Ассамблеи ООН таким днем была утверждена дата 22 марта.

В частности, в тексте резолюции государствам предлагалось проводить в этот день мероприятия, посвященные сохранению и освоению водных ресурсов. И, начиная с 1994 года, мероприятия ООН в вопросе защиты водных ресурсов посвящались одной конкретной теме. К примеру, в 1997 году мир рассуждал, достаточно ли на планете воды, в 2001-м говорил о водных ресурсах для здоровья, а период с 2005-го по 2015-й годы был объявлен Генассамблеей ООН Международным десятилетием действий «Вода для жизни». Вместе с тем, по мнению экспертов, к 2030 году около половины населения планеты может столкнуться с нехваткой воды.

Украине, в которой насчитывается более 14 тысяч рек, в том числе, средних и малых, это пока не грозит. Однако ситуация с водными ресурсами, которая формировалась в течение длительного периода и характеризовалась пренебрежением объективными факторами использования воды, оставляет желать лучшего. Несмотря на большое количество водных объектов, почти все они существенно загрязнены. В результате, запасы водных ресурсов (речного стока на одного украинца составляют около 1,8 тысяч кубометров в год, что является одним из наименьших показателей в Европе.

Грязная промышленность

Дело в том, что экономике Украины присущ высокий удельный вес водосодержащих и энергоемких технологий. А их внедрение и наращивание осуществлялось наиболее «дешевым» способом - без строительства соответствующих очистных сооружений. Теперь население страны пожинает плоды структурных деформаций народного хозяйства прошлых лет.

Наиболее актуальной проблемой в сфере водопользования остается ухудшение качества воды. Так, в бассейны украинских рек, по разным оценкам, ежегодно сбрасывается около 10 млрд кубометров сточных вод, в том числе, чистых и нормативно очищенных 6,5 млрд кубометров и загрязненных - 3,5 млрд кубометров. Даже приблизительная оценка данных государственного учета вод за последние годы свидетельствует, что промышленными предприятиями по всей стране сброшено в водные объекты Украины около 55% загрязненных сточных вод. Причем, доля коммунального хозяйства в них составляет 41%.

Актуальной проблемой в сфере водопользования остается ухудшение качества воды / Фото УНИАН

По данным наблюдений Центральной геофизической обсерватории, особенно сложная ситуация наблюдается в бассейнах рек Днепр, Северский Донец, рек Приазовья, отдельных притоков Днестра, Западного Буга, северо-западной части Черного моря. Напряженная экологическая обстановка сложилась и в бассейне Днепра - основном источнике водоснабжения страны (70%), где сконцентрировано наибольшее количество промышленных и сельскохозяйственных производств, размещены крупные индустриальные центры, объекты атомной энергетики и оросительные системы.

Кроме того, наиболее экологически опасные предприятия, влияющие на загрязнение водных объектов Украины (до начала военного конфликта на Донбассе), расположены в Донецкой, Днепропетровской, Луганской, Запорожской и Одесской областях. Собственно, в конце прошлого года в Детском фонде ООН (ЮНИСЕФ) констатировали, что более 1 млн жителей восточной Украины сталкиваются с острой нехваткой чистой питьевой воды. «По нашим оценкам, около 1,3 миллиона человек имеют ограниченный доступ к безопасной питьевой воды в пострадавших от конфликта районах Донецкой и Луганской областей», - отмечали в фонде.

Без чистой питьевой воды

Вместе с тем, чистой питьевой воды, по сути, нет и в других регионах Украины. Центральная геофизическая обсерватория делит состояние внешних поверхностных вод на четыре категории. В основном, качество водных ресурсов, привлекаемых для использования отраслями экономики, соответствует 2 и 3 классам, но иногда и 4. «Пункты 4 категории располагают на самых загрязненных участках рек», - поясняют специалисты.

И это непосредственно влияет на качество питьевой воды. Водные объекты Украины содержат в себе нефтепродукты, сульфаты, нитраты, фенолы, соединения азота и тяжелых металлов, биогенные и органические вещества и так далее. «В настоящее время, практически во всех поверхностных водных объектах в Украине, а в отдельных регионах - и в подземных водах, вырос уровень загрязнения. Значительная часть запасов подземных вод потеряли свое значение как источники питьевой воды. К сожалению, такая ситуация в Украине сложилась из-за пренебрежения в течение длительного периода времени законами развития и воспроизводства водоресурсного потенциала», - отмечает заместитель министра экологии и природных ресурсов Украины Светлана Коломиец.

Кроме того, по ее словам, за последнее десятилетие значительно снизилась эффективность работы практически всех очистных сооружений, что обусловлено изношенностью оборудования. «Помимо этого свои результаты дает очень активная и неуправляемая хозяйственная деятельность водосборных территориях рек, связанная с застройкой земель водного фонда даже в прибрежных защитных полосах и зонах. Беда еще и в том, что значительное количество водопользователей пользуется водными ресурсами без специальных разрешений на недропользование и специальное водопользование. Поэтому на сегодня самовосстанавливающейся способности водно-ресурсных источников Украине уже недостаточно для преодоления негативных воздействий и воспроизведения экологическое равновесия. 45% (по данным Минздрава) населения Украины потребляют воду, не соответствующую государственным стандартам», - констатирует она.

Главная проблема с водным комплексом Украины заключается в отсутствии должного контроля / kp.ua

«В Украине практически не осталось источников водоснабжения 1-й категории качества, - считает глава Всеукраинской экологической лиги Татьяна Тимочко. - Практически все водоемы, по уровню загрязнения, приблизились к 3-й категории».

«Даже если все хорошо сделать на очистных сооружениях за очень большие деньги, то мы, все равно не сможем поменять все водопроводы. Но, попадая туда, чистая вода превращается снова в грязную», - подчеркивает активист движения «Экоднепр» Максим Ткаченко.

С ним соглашается и сопредседатель Ассоциации зеленых Украины, эколог Ярослаа Задесенц, по словам которого, даже после длительной многоуровневой системы фильтрации и очистки, вода в Украине может быть использована преимущественно как техническая. Поскольку даже после очистки, по санитарно-химическим показателям, вода не совсем соответствует нормам.

Нужная реформа

Таким образом, при несовершенной системы очистки сточных вод, отсутствии контроля загрязнения окружающей среды предприятиями, расположенными, в том числе, в зоне вооруженного конфликта, загрязнении главных водных артерий страны, получать воду первого класса качества в Украине – что-то из разряда фантастики.

«Главная проблема с водным комплексом Украины заключается в отсутствии должного контроля за состоянием водоемов», - отмечает Светлана Коломиец.

Однако, по ее словам, Украина уже начала реформу в этой сфере: «Приоритет этой реформы – переход к бассейновому принципу управления водными ресурсами».

Такой подход предполагает, что основной единицей управления должна быть территория речного бассейна. «Это позволит создать финансовый механизм, который будет гарантировать непосредственную связь между платой за водопользование и финансированием приоритетных водоохранных мероприятий в пределах бассейна», - рассказала она.

В Министерстве экологии и природных ресурсов прогнозируют, что это позволит постепенно снизить загрязнение поверхностных и подземных вод, уменьшить риски чрезвычайных ситуаций, воссоздать экосистемы и улучшить здоровье населения, проживающего на территории бассейна. Но это – история не одного года.

Татьяна Стежар

Если вы заметили ошибку, выделите ее мышкой и нажмите Ctrl+Enter

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 воды все 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 чистой воды 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.

Сокращение запасов пресных вод

Пресные водные ресурсы существуют благодаря вечному круговороту воды. В результате испарения образуется гигантский объем воды, достигающий 525 тыс. км 3 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. км 3 пресной воды на разбавление сточных вод. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Ведь 1 км 3 очищенной сточной воды "портит" 10 км 3 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. 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.

Загрязнение воды бытовыми, 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.

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.

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 бензапирен. Сейчас получены многочисленные доказательства наличия мутагенных эффектов загрязненной морской среды. Бензапирен 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.

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.



Струкова Валерия

Сегодня перед людьми стоят глобальные проблемы. Их нерешенность угрожает самому существованию человечества. Проблема пресной питьевой воды уже вышла на первый план. Люди вынуждены использовать для питьевых целей воду, не соответствующую гигиеническим требованиям, что создает серьезную угрозу для их здоровья.

Вопросам нехватки питьевой воды уделяется много внимания. Человек влияет на окружающую среду очень негативно. Несмотря на то, что пресной воды остаётся на Земле всё меньше и меньше, люди неразумно используют её, нарушая экологический баланс, не думая о будущих поколениях. Загрязнение воды отходами промышленности, сельскохозяйственного производства губительно сказывается на экологии, приводя к накоплению в них тяжелых металлов (микроэлементов) и токсичных элементов; это опасно и для животных и человека. Сегодня последствия ухудшения состояния воды уже выражаются в целом ряде глобальных, региональных и местных экологических проблем, связанных с состоянием атмосферы, гидросферы и здоровья людей. Выбранная мной тема в наше время очень актуальна.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Западное управление министерства образования и науки Самарской области

Окружной конкурс исследовательских проектов младших школьников «Гулливер»

Секция

Экология

НАЗВАНИЕ РАБОТЫ

Выполнила:

Струкова Валерия

учащиеся 3 «В» класса

ГБОУ СОШ №10

г. Сызрани

Руководитель работы:

Костерина Елена Геннадьевна

учитель начальных классов

Г. Сызрань, 2014г.

Введение

Основная часть

1. Вода – источник жизни.

Практическая часть

1. Результаты анкетирования
2. Результаты эксперимента

Заключение

Использованные ресурсы

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

Сегодня перед людьми стоят глобальные проблемы. Их нерешенность угрожает самому существованию человечества. Проблема пресной питьевой воды уже вышла на первый план. Люди вынуждены использовать для питьевых целей воду, не соответствующую гигиеническим требованиям, что создает серьезную угрозу для их здоровья.

Вопросам нехватки питьевой воды уделяется много внимания. Человек влияет на окружающую среду очень негативно. Несмотря на то, что пресной воды остаётся на Земле всё меньше и меньше, люди неразумно используют её, нарушая экологический баланс, не думая о будущих поколениях. Загрязнение воды отходами промышленности, сельскохозяйственного производства губительно сказывается на экологии, приводя к накоплению в них тяжелых металлов (микроэлементов) и токсичных элементов; это опасно и для животных и человека. Сегодня последствия ухудшения состояния воды уже выражаются в целом ряде глобальных, региональных и местных экологических проблем, связанных с состоянием атмосферы, гидросферы и здоровья людей. Выбранная мной тема в наше время очень актуальна.

Гипотеза:

Предположим, что вода в кране действительно чистая.

Цель проекта:

Сравнение воды из водопроводного крана и бутилированной воды.

Задачи:

• Найти и обобщить известные науке факты о воде;
• Определить доступными способами, какие вещества содержатся в воде, которую мы пьем;
• Выяснить, вред или пользу приносят здоровью человека содержащиеся в ней вещества.

Методы исследования:

• изучение теоретических источников;
• анкетирование;
• наблюдение;
• анализ экспериментального материала;
• сравнение;
• обобщение.

Объект исследования:

Вода из водопроводного крана и бутилированная вода

Предмет исследования:

Состав воды.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. Вода – источник жизни.

«Нельзя сказать, что вода необходима для жизни:

Она и есть жизнь»,

Так сказал Сент-Экзюпери

об этой жидкости, которую мы употребляем,

не особенно задумываясь.

С древних времен человек относился к воде, как к одному из самых главных чудес. Считалось, что воду людям преподнесли Боги.

Древние славяне молились на берегах рек, озер и других источников, считая, что молитвы спасут их земли от засухи, вызовут дождь.

Вода существовала во Вселенной в виде льда или пара задолго до возникновения нашей планеты. Она оседала на пылинки и кусочки космических частиц. Из соединения этих материалов сформировалась Земля, а вода образовала в самом центре планеты подземный океан. Вулканы и гейзеры формировали нашу молодую планету многие тысячелетия . Они извергали из недр Земли фонтаны горячей воды, большое количество пара и газов. Этот пар окутывал нашу планету как одеялом.

Ещё одна часть воды попала к нам из космоса в виде огромных глыб льда, которые были хвостом огромнейших комет бомбардировавших нашу молодую планету .

Поверхность Земли постепенно остывала. Водяной пар начал превращаться в жидкость. Дожди обрушились на нашу планету, наполняя будущие океаны бурлящей грязной водой. Потребовалось много лет, чтобы океаны остыли, очистились и стали такими, какими мы их знаем сегодня: солёными, голубыми водными просторами и покрывают большую часть поверхности Земли. Поэтому Землю называют – ГОЛУБОЙ ПЛАНЕТОЙ.

Единственная планета в солнечной системе, где возникла жизнь – это наша Земля. Есть много мнений возникновения жизни на Земле, но все они сходятся в том, что основой для зарождения жизни была вода.

Большинство вулканов было затоплено водами первого океана. Но вулканы продолжали извергаться под водой, подавая разогретую воду и растворенные в ней минералы из недр Земли. И там, на поразительной глубине, в близи вулканов , по мнению многих учёных, и зародилась жизнь.

Самыми первыми живыми организмами были бактерии и синезелёные водоросли . Для жизни им не нужен солнечный свет, они существовали благодаря вулканическому теплу и минералам, растворенным в воде . Но как же они выдерживали такую высокую температуру, исходящую от вулканов?

В настоящее время в океанских глубинах, как и много веков назад, находятся удивительные горячие источники, курящиеся белым и чёрным паром, их называют подводными курильщиками. Возле них живут многие виды морских животных, приспособившиеся к этой среде и, конечно же, бактерии.

Но как появились первые живые организмы?

Учёные обнаружили в космосе большое количество молекул, (это те «кирпичики» из которых состоит всё живое и неживое) из которых могли образоваться первые живые организмы. На нашу планету они могли попасть вместе с водой. А может не молекулы, а бактерии пришли к нам из космоса?

Они постоянно удивляют людей умением проходить сквозь огонь и воду.

Их находили в египетских мумиях и в носу мамонта. В нефтяной скважине и льдах Антарктиды на глубине четырёх километров. Их обнаружили на атомной станции в воде. Все они были живы, здоровы и продолжали размножаться.

А может быть, жизнь на Земле зародилась одновременно разными способами? До конца эта тайна природы не раскрыта.

Точно одно: на Земле было всё необходимое для зарождения жизни,

нужны были лишь условия для их соединения. Этими благоприятными условиями, для зарождения жизни и её развития, стала морская вода. А подводные вулканы обеспечивали теплом и питанием.

Примерно 400 млн лет назад, моря стали мелеть, заливы пересыхать. На их месте оставались засыхающие озёра и болота. Чтобы поддерживать своё тело на суше, этим животным потребовались сильные конечности и крепкий позвоночник.

Но как память о месте зарождения жизни, у зародышей зверей, птиц и человека, сохранились признаки зародыша рыбы. Ведь колыбель зарождения жизни у нас общая – океан . Природа позаботилась, чтобы мы об этом не забывали. А Земля сохранила для нас образцы растений и животных, живущих в те далёкие времена. Она написала свою историю отпечатками костей и листьев, ракушками, песком и илом.

С давних пор люди селились по берегам рек. Река поила, кормила, умывала. По рекам можно доплыть до моря, попасть в другие страны. Селения у рек превращались в города.

К древнему Риму от далёких холмов, где били из под земли холодные ключи, тянулись каналы. Высокие каменные арки держали их на себе. Чистая вода расходилась к домам, фонтанам, к римским баням, а подземными каналами уходила грязная.

В Вавилоне, высоко над землёй, выросли пышные сады. Чудом казалась эта красота под горячим солнцем. Только и здесь главным чудом была вода. Она по каналам расходилась к каждому дереву.

Всё хитрей становилась работа, которую люди находили воде. Весь мир грел чай в чайниках, и стоило воде закипеть, крышка начинала подскакивать. А что если нагреть много воды и заставить пар делать полезную работу? Ведь это пар подбрасывает крышку. Так появились паровые машины. Теперь уже вода в виде пара двигала пароходы и паровозы. Заставляла работать станки на заводах и фабриках.

На смену паровым машинам пришли электрические. Но электричество помогает получить нам тоже вода. Для этого люди построили на больших реках гидроэлектростанции.

С древних времён и по сей день, каждую секунду, вода трудиться для блага человека.

1. Вода причина глобальных катастроф.

Дождь вовремя – всегда благо. Этого не скажешь о жестоких ливнях. Наводнения, вызванные ливневыми дождями, - извечное бедствие, преследующее людей.

Больше всего бед приносят людям штормовые волны - цунами.

Стихийные бедствия - это чрезвычайные ситуации, избежать которых практически невозможно, поскольку часто причиной их возникновения являются неконтролируемые природные явления. Однако своевременное прогнозирование может спасти жизни и не привести к глобальным потерям.

Водные стихийные бедствия опасны вдвойне. Страшным по своим масштабам является наводнение, которое наносит вред здоровью людей, приводит к гибели и причиняет материальный ущерб.

По причинам возникновения выделяют следующие типы наводнений:

Половодье - явление систематически повторяющегося поднятия уровня воды в реках, озёрах, морях. Причиной половодья могут стать обильные осадки, таяние снега;

Паводком называют кратковременный, но интенсивный и резкий подъём воды в реках;

Закупоривание русла реки в результате нагромождения льдин может привести к затору или зажору (в случае, если лёд рыхлый);

Ветровой нагон большого количеств воды случается в результате подъема уровня воды на морских побережьях;

Разлив воды может произойти в результате аварийного сброса воды из водохранилищ и при прорыве гидротехнических сооружений в виде плотин, дамб.

Истории известны наводнения различного характера. Страшное наводнение произошло в 1278 году в Нидерландах, когда под водой оказались сотни населённых пунктов. В 1887 году в Китае разлив Жёлтой реки унес с собой больше 1 млн. человек, а в 1931 году в Китае наводнение затопило 4 млн. домов! В 1889 году в результате сильных ливней рядом с американским городом Джонстоун прорвало плотину, поток воды несся со скоростью 60 км/ч и разрушил более 10 000 зданий.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Экологическая проблема чистой воды

Запасы чистой пресной воды быстро сокращаются в результате глобального загрязнения гидросферы сточными водами, содержащими токсичные компоненты.

Сотни предприятий выбрасывают вредные вещества в атмосферу и водоёмы, в результате чего гибнут животные и растения, загрязняются водоёмы.

Бытовая канализация, промышленные и сельскохозяйственные сточные воды загрязняют реки, ухудшают условия водоснабжения.

Масштабы загрязнения и истощения водных ресурсов в настоящее время приняли угрожающий характер. Расчеты экологов показали, что при сохранении таких темпов расходования пресной воды к 2100 году человечество может остаться без воды!

Он призван привлечь внимание общественности к состоянию водных объектов, задуматься о роли воды в жизни каждого человека на Земле; привлечь внимание к проблемам нехватки питьевой воды.

Употребляя некачественную воду, человек не может быть здоровым, Каждый должен уметь оценивать качество питьевой воды.

1. Результаты анкетирования

Мне интересно было знать, что думают, остальные дети о воде, которая течет из крана. Я составила и провела анкету. (Приложение 1)

В анкетирование участвовало 35 детей.

Из результатов анкеты я узнала, что мнение одноклассников не совпадает с моей гипотезой, что вода в кране чистая.

Таким образом, большинство опрошенных учащихся понимают проблему качества питьевой воды и заботятся о своем здоровье, очищая воду доступными способами, но вызывает опасение здоровье ученика, регулярно употребляющего водопроводную воду.

1. Результаты эксперимента

Сравнение качества водопроводной и бутилированной воды .

(Приложение 2)

1. Определение прозрачности воды.

(налив воды в стакан посмотрела виден ли печатный текст)

Водопроводная и бутилированная вода позволяют читать текст на максимальной отметке.

Вывод: оба образца прозрачны.

1. Определение интенсивности запаха воды.

Интенсивность	Балл	Характеристика запаха
Никакого		Запах не ощущается
Очень слабый		Запах обнаруживается только опытным наблюдателем
Слабый		Запах обнаруживается только тогда, когда на него кто-то обратит внимание
Заметный		Запах, который сразу заметен
Отчетливый		Запах, обращающий на себя внимание
Очень сильный		Запах настолько сильный, что вода для питья не пригодна

Вывод: Согласно таблице интенсивности запаха, мы получили результаты: водопроводная вода – 1 балла, бутилированная – 0 баллов.

1. Определение жесткости воды.

Что такое жёсткая вода

Жесткостью называют свойство воды, обусловленное наличием в ней

растворимых солей кальция и магния. Степень жесткости зависит

от наличия в воде солей кальция и магния (соли жесткости) и измеряется в миллиграмм - эквивалент на литр (мг-экв/л). По нормативам ГОСТА воду – более 7 мг – экв. л – принято считать жёсткой. Жесткость может создать проблемы. При принятии ванны, мытье посуды, стирке, приготовлении пищи жесткая вода гораздо менее эффективна, чем мягкая.

Катионы Ca и Mg взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости) способные выпадать в осадок. (Ca 2+ взаимодействует с HCO 3- ,Mg 2+ с SO 42.

Оказывается, чем жестче вода, тем хуже она оказывает влияние на организм. 1. Жесткость воды неблагоприятно влияет на кожу, обусловливая ее преждевременное старение. При взаимодействии солей жесткости с моющими веществами происходит образование осадков в виде пены, которая после высыхания остается в виде микроскопической корки на человеческой коже, на волосах. Главным отрицательным воздействием этих осадков на человека является то, что они разрушают естественную жировую пленку (защищающую кожу от старения и неблагоприятных климатических воздействий), которой всегда покрыта нормальная кожа.

Из-за этого забиваются поры, появляются сухость, шелушение, перхоть.

Кожа не только рано стареет, но становится аллергичной и чувствительной к раздражениям. 2. Высокая жесткость оказывает отрицательное действие на органы пищеварения. Соли жесткости, соединяясь с животными белками, находящимися в нашей пище, оседают на стенках пищевода, желудка, кишечника, мешая перистальтике, вызывая дисбактериоз, нарушая работу ферментов и отравляя организм.

Постоянное употребление внутрь воды с повышенной жесткостью приводит к снижению моторики желудка, к накоплению солей в организме. 3. Больше всего от воды переполненной ионами кальция и магния страдает сердечно - сосудистая система. (Ca контролирует ритм сердца, необходим для сокращения и релаксации, в том числе и сердечной мышцы) 4. Постоянное употребление внутрь воды с повышенной жесткостью приводит к заболеванию суставов (артриты, полиартриты). В человеческом теле можно выделить семь основных типов соединения костей, обеспечивающих различную степень их подвижности. Между соединяемыми элементами находится прозрачно-желтая жидкость, называемая в медицине синовиальной. Она играет роль смазки, позволяя костям легко поворачиваться относительно друг друга в месте соединения. Если же вместо такой жидкости там оказываются неорганические минералы, поступившие с питьевой водой, и ядовитые кристаллы, то каждое такое перемещение будет даваться человеку с трудом, вызывая при этом болезненные ощущения. 5. Существует мнение, что жесткость воды приводит к образованию камней в почках и желчных путях. Интересен тот факт, что камни в почках образуются из-за недостатка кальция в пище. Научные эксперименты доказывают, что камни формируются не из кальция, усвоенного из пищи. Были проведены эксперименты с использованием радиоактивных меток на кальции в пище. Когда почечные камни и шпоры позже исследовались, в них не было ни единого радиоактивного кальция. Таким образом, было доказано, что 100% почечных камней и костяных шпор строятся из кальция, выщелачиваемого из костей для нейтрализации кислотности жидких сред организма. С другой стороны, Mg является антагонистом Ca в обменных процессах. При избытке Mg увеличивается выведение Ca из организма, то есть Mg начинает вытеснять Ca из тканей и костей, что ведёт к нарушению нормального костеобразования.

Для определения жесткости воды приготовили мыльный раствор и нагрели. Встряхнули пробирку. Наблюдаем. Продолжили приливать раствор мыла порциями, встряхивая каждый раз содержимое пробирки.

В результате проведенных исследований было выявлено: в водопроводной воде мыло плохо пенится, образовался белый осадок, а в бутилированной воде такого осадка нет, и мыло пенится хорошо.

Вывод: Водопроводная вода – жесткая

Жесткая вода оказывает негативное влияние на здоровье человека (на основании изученной литературы). Жёсткость может оказать отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека, оказывая отрицательное действие на органы пищеварения. Она негативно влияет на суставы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные результаты исследования не подтверждают первоначальную гипотезу о том, что вода в кране действительно чистая. Все мы используем воду из-под крана и должны знать, что в ней содержится. Необходим более детальный контроль качества питьевой воды.

На свете нет ничего более драгоценного, чем обыкновенная чистая вода.

Без неё нет и не может быть жизни. Воду нужно беречь. Это должен понять и запомнить каждый, какую бы дорогу он не наметил для себя в будущем.

Пока ещё не поздно, нам надо сделать всё необходимое для сохранения водоёмов и спасти нашу голубую планету, а значить и нас самих.

Список использованных источников информации

1. http://nowa.cc/showthread.php?p=3834400
2. http://www.rodnik35.ru/index.php?id=rodniki
3. http://club.itdrom.com/gallery/gal_photo/scenery/421.html
4. http://www.nnews.nnov.ru/news/2006/04/28/
5. http://newsreaders.ru/showthread.php?t=2572
6. http://altai-photo.ru/publ/istorija_altaja/15-2-11
7. http://fabulae.ru/prose_b.php?id=11476

8. ПРИЛОЖЕНИЕ 1

   Анкета

   ____________________________________________________

   ____________________________________________________

   ____________________________________________________

   ____________________________________________________

   Анкета

   1. Чистая ли, по вашему мнению, вода в водопроводном кране?

   ____________________________________________________

   1. Пьете ли вы воду из водопроводного крана?

   ____________________________________________________

   1. Влияет ли качество питьевой воды на наше здоровье?

   ____________________________________________________

   1. Нужно ли очищать воду с помощью фильтров?

   ____________________________________________________

   1. Можно ли очистить воду от вредных веществ кипячением?

   ____________________________________________________

   Анкета

   1. Чистая ли, по вашему мнению, вода в водопроводном кране?

   ____________________________________________________

   1. Пьете ли вы воду из водопроводного крана?

   ____________________________________________________

   1. Влияет ли качество питьевой воды на наше здоровье?

   ____________________________________________________

   1. Нужно ли очищать воду с помощью фильтров?

   ____________________________________________________

   1. Можно ли очистить воду от вредных веществ кипячением?

   ____________________________________________________

   ПРИЛОЖЕНИЕ 2

   
   МИНОБРНАУКИ РОССИИ
   Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение
   высшего профессионального образования
   «Волгоградский государственный социально-педагогический университет»

   Факультет экономики и управления
   Кафедра экономики и менеджмента

   Реферат
   по предмету «Основы экологической культуры»
   на тему «Проблема чистой воды»

   Выполнила:
   Студентка 1 курса
   Группа: ЭУ-ЭБ-11
   Сокольникова Е.А.
   Проверила:
   асс. Еланцева А.А.

   Волгоград 2013

   Введение………………………………………………………… …………………..3

   1. Суть проблемы чистой воды…………………………………………………….4

   1.1 Сокращение запасов пресных вод…………………………………………..…5

   1.2 Загрязнение воды бытовыми, сельскохозяйственными и промышленными стоками…………………………………………………………… …………………7

   1.3 Тепловое загрязнение воды………………………………………………...…..8

   1.4 Нефтяное загрязнение Мирового океана…………………………………..….8

   1.5 Другие загрязнения водных ресурсов…………………………………..….….10

   2. Возможные пути решения………………………………………………..….… ..11

   2.1 Очищение воды………………………………………………………………… 11

   2.2 Повторное использование воды………………………………………….….…14

   2.3 Опреснение солёных вод………………………………………………..….…..15

   Заключение…………………………………………………… ……………...….….16

   Список использованной литературы……………………………………….….…. 17

   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 сегодня 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 всём этом будет уделяться причинам, экологическим следствиям и возможным путям решения данной проблемы.

   1. Суть проблемы чистой воды

   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. 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 бытовыми, 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 сегодня 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 вреда 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 для подопытных 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 воды в 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.
   Система обратного осмоса, применяющаяся в США: давление воды с той стороны синтетической мембраны, где находятся загрязнители, превосходит давление чистой воды с 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,
   и т.д.................