Содержание
Основные экологические проблемы использования водных ресурсов
Проблема использования качественных водных ресурсов напрямую касается каждой страны. С увеличением числа людей на планете, их нужд и объёмов транспортной и промышленной сферы количество водных ресурсов стремительно сокращается. Несмотря на принимаемые меры по восполнению водных ресурсов, накопление воды происходит крайне медленно. Нехватку водных ресурсов переживают на себе страны Ближнего Востока, тропические районы и большая часть Африканского континента. Также большие сложности с пресной водой испытывают островные государства — Ирландия, Великобритания, Япония, Мальдивы.
Содержание:Показать
- Загрязнение вод
- Ухудшение качества питьевой воды
- Истощение запаса подземных вод
- Обмеление крупных рек
- Отсутствие доступа к чистой питьевой воде у части населения
- Нерациональное использование водных ресурсов
С участием представителей более 50 стран мира и 300 международных организаций был создан Всемирный Водный Совет, на котором ведущие мировые специалисты стараются найти пути решения наиболее острых вопросов.
Загрязнение вод
При промышленном производстве происходит сброс стоков, содержащий в себе тяжёлые металлы, органические соединения (нефть, пестициды, органические остатки). Данные отходы являются токсичными для водных обитателей, вызывая мутацию и даже гибель наиболее чувствительных к изменению экологического фона видов. При процессе гниения сточных вод образуются токсичные вещества, такие, как сероводород, которые делают использование воды непригодной не только для питья, но и для промышленных или сельскохозяйственных нужд. При наличии таких токсичных веществ проникновение солнечного света на глубину затрудняется, что снижает процессы фотосинтеза.
Важным санитарным требованием к воде является обязательное наличие определённого количества кислорода. В загрязнённой воде его степень снижена из-за недостаточного газообмена между водой и атмосферой.
К наиболее загрязнённым водным ресурсам относят страны Индии, Азии и развивающиеся страны. Но не только эти страны страдают от загрязнённости водоёмов. К примеру, в Китае наиболее загрязнёнными реками считаются Янцзы и Хуанхэ. В США — Миссисипи, а в Италии — Сарно.
На территории РФ к рекам с наибольшими экологическими проблемами относят Волгу, Обь, Дон, Кубань.
Сброс сточных и промышленных вод, как основные причины загрязнённости реки Янцзы
Читать
Пять рек в мире, которые претендуют на мировое лидерство по загрязнению воды
Подробнее
Экологический речной кризис: великая Волга нуждается в помощи и защите
Смотреть
Набирающие обороты экологические проблемы главной водной артерии Сибири – реки Обь
Далее
Река Кубань: станет ли южная жемчужина чистой, полноводной и безопасной?
Читать
Река Дон и ее экологическое состояние. Меры по решению проблем региона
Смотреть
Деградация и исчезновение малых рек – одна из самых острых экологических проблем
Подробнее
Загрязнение озер и рек, как проблема планетарного масштаба
Далее
Ухудшение качества питьевой воды
При нарушении условий режима эксплуатации водозаборов качество питьевой воды ухудшается. При этом размеры очага загрязнения подземных вод могут достигать сотен квадратных километров.
К некоторым причинам потери надлежащего качества питьевой воды можно отнести природные и антропогенные причины:
Природными прежде всего являются:
- период половодья;
- цветение воды.
Антропогенные представляют собой:
- сброс в водотоки посторонних нерастворимых предметов, например, древесины, металлов, строительного мусора и т. д.;
- утилизация органических веществ, приводящая к изменению щёлочно-кислотных показателей;
- некорректная работа гидротехнических сооружений;
- попадание большого количества поверхностно-активных веществ в водоёмы.
При недостатке качества питьевой воды под угрозу ставится здоровье людей. Поэтому на территории РФ на водоочистных станциях проводится контроль качества воды по различным показателям. Так, микробиологические показатели, отражающие безопасность воды, с точки зрения эпидемиологии, изучают 2 раза в сутки, органолептические (запах, цветность, степень мутности) — 6-12 раз в сутки (при ухудшении качества воды водоисточника — 12-24 раза в сутки). Остаточный хлор определяют каждый час.
Вы знали, что в бактериологических пробах воды находят кишечную палочку, яйца гельминтов, ротавирусы, кишечную палочку, серозный менингит, возбудители гепатита?
ДаНет
С учётом ухудшения качества воды, наблюдающегося почти во всех странах, приняты меры по усилению критериев качества воды, поступающей в водопроводную сеть. Прежде всего это подчеркнуло необходимость повышения барьерной функции водопроводных сооружений за счёт применения новейших технологий очистки воды.
Как на территории РФ, так и за рубежом приняты ряд и законодательных, и исполнительных мер по поддержке и увеличению качества запасов питьевой воды. В нормативных документациях добавлены показатели, отражающие степень наличия вирусов и паразитов в составе воды. Увеличен перечень контролируемых показателей для ряда токсичных веществ. Устанавливаются и контролируются зоны санитарной охраны источников.
На местном уровне большое внимание уделяется работе водораспределительной системы. Она включает в себя грамотное проектирование, обеспечение надлежащего функционирования элементов путём проведения сезонных испытаний и систематического надзора.
Истощение запаса подземных вод
Грунтовые воды образуются, благодаря атмосферным осадкам и просачиванию (инфильтрации) под землю воды из поверхностных озёр, рек и прочих водоёмов. Их истощение может наступать вследствие выкачивания сверх установленного лимита либо в связи с изменением условия образования.
К снижению количества грунтовых вод приводят:
- угольная промышленность. Из-за технологической особенности добычи угля происходит изменение земной поверхности с образованием провалов и трещин;
- сельскохозяйственная деятельность. Часто служит одной из причин загрязнения водоёмов химическими и органическими элементами, что сказывается на количестве и качестве подземных вод;
- нефтяная отрасль производства. При бурении скважин возможно негативное влияние на состав грунтовых вод.
Основные источники и виды загрязнения подземных вод
Читать
Основные источники химического загрязнения воды
Подробнее
Основные мероприятия по защите подземных вод, проводимые на данный момент, заключаются в недопущении истощения запасов подземных вод и защите их от засорения. Как и для поверхностных вод, данная проблема может быть благополучно решена только в комплексе с мерами по защите окружающей среды.
Обмеление крупных рек
Причины обмеления крупных рек можно условно разделить:
- Естественные причины. Пересыхание рек наблюдается в летний период при засушливом климате и минимальном количестве осадков, под воздействием высоких температур происходит испарение. При смене сезона и увеличении количества осадков восстанавливается нормальный уровень воды.
- Антропогенные причины. Регулярная вырубка прибрежных лесных массивов, систематическое загрязнение рек и вымывание почвы приводит к мелению крупных рек. Деятельность человека способствует мелению крупных рек в среднем на 15-40% от первоначального уровня.
Экологические проблемы современной России
Читать
Парниковый эффект, его участие в будущем Земли
Подробнее
Влияние вырубки лесов на мировую экологию
Смотреть
Последствия обмеления крупных рек:
- увеличивается растительность, цветут водоросли, и русло реки превращается в болото;
- транспортная проблема — невозможность движения крупных судов;
- возникает дефицит пресной воды;
- при обмелении крупных рек возможно полное пересыхание малых притоков.
Восстановление водного баланса требует больших временных и финансовых затрат.
К мероприятиям по охране уровня рек относят:
- мониторинг состояния уровня рек;
- мероприятия по предотвращению заболачивания;
- согласование лимитов водопотребления.
Отсутствие доступа к чистой питьевой воде у части населения
Доказано, что запасы пресной воды в мире составляют лишь 2,5% от мировых запасов, притом половина из них приходится на горные ледники. Доступ к чистой питьевой воде у населения земного шара неравномерен, от нехватки питьевых ресурсов страдают не только страны третьего мира, но и некоторые страны Ближнего Востока (Кувейт, ОАЭ, Бахрейн и т. д.). Из-за неблагоприятных экологических условий в запасах воды остро нуждается Индия.
На африканских территориях констатируется высокая смертность населения из-за инфекций при употреблении не пригодной для питья воды.
Численность населения в странах растёт, и потребность в питьевой воде увеличивается. Принимаются меры для обеспечения людей питьевой водой:
- ввоз воды из других стран;
- строительство искусственных водоёмов;
- строгий учёт расхода воды;
- выделение пресной воды из морских источников.
Нерациональное использование водных ресурсов
Среднестатистические города-миллионники используют около 300 тыс. м3 воды в сутки, из них 75-80% превращаются в сточные воды.
В зависимости от образа использования водных ресурсов отрасли народного хозяйства можно разделить на две категории:
- Водопользователи — используют водоёмы для различных нужд, но безвозвратный водозабор не ведут. К примеру, водный транспорт, рыбный промысел, службы хозяйственно-питьевого потребления.
- Водопотребители — при потреблении воды из водоёмов часть её используется безвозвратно. Крупнейшими водопотребителями являются теплоэнергетика (особенно АЭС), сельское хозяйство, а из промышленности — химическая и металлургическая.
Геотермальные электростанции — прекрасная альтернатива традиционным методам получения энергии
Читать
Есть ли будущее у волновых электростанций?
Подробнее
Энергию ветра – в энергию жизни!
Смотреть
По целевому назначению пресную воду можно разделить на питьевую, промышленную, теплоэнергетическую и техническую. Последняя может служить также для хозяйственно-бытовых целей, полива в сельскохозяйственной отрасли, для нагрева или охлаждения помещений.
Последствия нерационального использования водных ресурсов могут быть как кратковременными, так и проявить себя спустя долгие годы:
- перерасход поверхностных вод. В этом случае перерасхода более 30% от среднегодового стока есть риск нанести урон не только эксплуатируемой реке, но и всему биоценозу на данном участке — возможно пересыхание болот, уменьшение популяции растений, животных и речной фауны;
- перерасход подземных вод. При неразумном потреблении подземные водохранилища не успевают восполнить свой запас, что приводит к быстрому истощению ресурса. Данная проблема особенно актуальна для регионов, где наблюдается дефицит поверхностных водоёмов, а потребность в воде высока. Уменьшение количества подземных вод влияет и на поверхностные водоёмы, так как такое падение приводит к сокращению родников, и связанные с ними поверхностные водоёмы, что усугубляет их экологические проблемы;
- просадка грунта. В земной коре образованы пустоты, которые заполняются водой. Такая вода является опорой вышележащей породы почвы, и при уменьшении количества воды опора исчезает, и происходит проседание грунта. Скорость опускания грунта может составлять 15-30 см в год. Иногда при просадке грунта возможно образование карстовых воронок, что может привести к катастрофе;
- подток солёной воды. Понижение уровня грунтовых вод или чрезмерное их потребление могут снизить давление в водоносном горизонте, что позволит проникать в него, а, следовательно, и в колодцы и артезианские скважины солёной воде.
Водные ресурсы нуждаются в защите, учёте и в экономном потреблении. Рассматривается несколько способов для сохранения её качества:
- разработка систем водоснабжения замкнутого типа в промышленности;
- многоступенчатая очистка сточных вод;
- обеспечение проверки качества воды в водных объектах;
- очистка пресной воды, поступающей к потребителю;
- установка приборов учёта как в производственной сфере, так и в жилом секторе.
5 главных «водных» проблем России
Всемирный день водных ресурсов отмечается 22 марта с 1993 года по инициативе ООН. Его цель – напомнить обществу о большой значимости водных ресурсов для окружающей среды и устойчивого развития.
В преддверии Всемирного дня водных ресурсов WWF России сформулировал 5 актуальных «водных» проблем нашей страны.
1. Водоохранные леса под угрозой
Каждый участок леса на берегу любой речки, ручья, озера и моря – это защитный лес, водоохранная зона. С введением в действие нового лесного законодательства в водоохранных лесах стало возможно вести промышленные заготовки леса. В ноябре 2012 года Минприроды подготовило проект изменений в Лесной кодекс, который разрешает в них сплошные рубки. А ведь эти леса призваны обеспечить сохранение гидрологического режима, водности рек и ручьев, предотвращение загрязнения рек и озер, сохранение рыбных запасов. Вырубка водоохранных лесов приведет к снижению качества питьевой воды, повышению угрозы катастрофических паводков, развитию эрозии.
К Часу Земли, который в этом году пройдет 23 марта, WWF собирает 100 000 голосов россиян, чтобы добиться внесения необходимых поправок в Лесной Кодекс и сохранить защитные водоохранные леса.
Поставить подпись за защитные леса
2. Сохранение свободно текущего Амура
Естественное состояние Амура – главной реки Дальнего Востока России – сильно нарушено работой Зейской и Бурейской ГЭС и несколькими крупными плотинами на правом притоке Амура – реке Сунгари в Китае. Для сохранения уникального биоразнообразия пресноводных экосистем Амурского бассейна главное русло Амура всегда должно оставаться свободным, не зарегулированным плотинами.
В ноябре 2012 года En+ Group и WWF России начали комплексное эколого-экономическое исследование воздействия потенциального гидростроительства в бассейне реки Амур. До завершения исследования компания En+ Group приняла решение приостановить работы по проектированию Транссибирской ГЭС на реке Шилка – основном истоке Амура. В марте 2013 года против строительства Транссибирской ГЭС выступил новый руководитель Забайкальского края.
3. Богучанская ГЭС – пример экологической безответственности
В мае 2012 года началось заполнение Богучанского водохранилища на реке Ангара без выполнения требований законодательства и официального информирования людей. В октябре 2012 года ОАО «РусГидро» и РУСАЛ запустили Богучанскую ГЭС без проведения государственной экологической экспертизы и оценки воздействия на окружающую среду. В 2012 года при заполнении водохранилища было затоплено более 22 тыс. га лесов. А в дальнейшем, при заполнении водохранилища до проектной отметки 208 м, эта площадь может увеличиться до 50 тыс. га. Строительство и запуск Богучанской ГЭС является ярким примером экологически безответственного использования водных и лесных ресурсов. На Ангаре построено уже 4 крупных ГЭС без каких-либо компенсационных мероприятий для природы: безвозвратно затоплены огромные площади лесов, не построены рыб оходные шлюзы, не создано ни одной федеральной охраняемой территории на берегах единственной реки, вытекающей из Байкала. При такой ситуации планы бизнеса и власти по строительству 5-й ГЭС на Ангаре выглядят циничными и в случае их безответственной реализации могут привести к полному уничтожению великой сибирской реки.
4. Проблемы сохранения Байкала
Важнейшим вопросом для сохранения уникального озера – объекта Всемирного природного наследия ЮНЕСКО – остается выполнение взятых на себя властью обязательств о закрытии Байкальского ЦБК. Давно устаревший физически и морально, Байкальский ЦБК многие годы работает в ущерб бюджету страны. В 2010 году Правительство РФ в лице российской официальной делегации на сессии Комитета всемирного наследия ЮНЕСКО обязалось решить проблему загрязнения от БЦБК в течение 30 месяцев. Это обязательство зафиксировано в официальных документах и срок его выполнения истек в январе 2013 года. Незадолго до этого — в конце декабря 2012 года — заместитель председателя правительства РФ Аркадий Дворкович заявил, что вопрос о закрытии БЦБК уже решен, а его окончательные сроки определят до лета 2013 года.
Еще одна значимая проблема — воздействие гидроэнергетики на уровень Байкала. Вследствие постройки в ХХ в. на вытекающей из озера Ангаре каскада ГЭС многолетний уровень Байкала повысился на 1 м, а экосистема озера испытала сильнейший стресс и сейчас постепенно адаптируется к новым условиям. Постановление Правительства о предельных значениях уровня воды в озере Байкал сыграло свою позитивную роль, но в существующем виде не гарантирует обеспечение оптимальных условий для уникальной экосистемы Байкала. Для оптимизации внутригодового режима колебаний уровня желательно обеспечить ход уровня, близкий к естественным условиям, и разработать новые Правила использования водных ресурсов Байкала и каскада Ангарских ГЭС.
5. Возможный подъем уровня Чебоксарской ГЭС
С 2010 г. остро стоит вопрос об очередной попытке поднять уровень Чебоксарского водохранилища на 5 метров – до отметки 68 м. Чебоксарское водохранилище было создано в 1980 году и заполнено до отметки 63 м в 1981 году. Эксперты предполагают, что подъем уровня воды до 68 м вызовет общее резкое ухудшение экологической обстановки в Нижегородской области и Республике Марий Эл, потребует переселения жителей, значительных затрат на изменение инфраструктуры и инженерной защиты Нижнего Новгорода в результате подъема уровня грунтовых вод. В марте 2013 года Министр природных ресурсов и экологии РФ Сергей Донской выразил мнение, что проект по поднятию отметки Чебоксарского водохранилища на 5 м – экономически неоправданный и экологически рискованный.
Природоохранные организации надеются активно решать эти проблемы в объявленный руководством России «Год охраны окружающей среды» с помощью неравнодушных граждан нашей страны. В частности, экологи и ученые поднимут эти проблемы на Международной научно-практической конференции «Реки Сибири и Дальнего Востока». В этом году конференция пройдет 6–7 июня в Иркутске.
#ДажеЛайкПомогает
Помогают не только деньги. Подписывайтесь на нас в социальных сетях, участвуйте в
дискуссиях, делитесь с друзьями новостями о деятельности фонда.
Каковы самые большие экологические проблемы?
К сожалению, с течением времени возникает все больше и больше экологических проблем. С этим приходит больше причин для выявления и больше потенциальных решений. В этом посте, второй части нашей серии из 6 частей, мы рассмотрим загрязнение воды и то сильное влияние, которое оно оказывает на нашу окружающую среду.
Почему вода представляет собой экологическую проблему?
Загрязнение воды становится все более опасной проблемой, от которой страдают люди во всем мире. Некоторые люди считают, что загрязнение воды является неизбежным результатом деятельности человека. Что, если мы хотим иметь автомобили, корабли, заводы и нефть, мы должны предсказать и до некоторой степени принять загрязнение.
Однако это далеко не так. Экономические издержки загрязнения воды намного превышают выгоды от экономии на качестве нефтяных танкеров, бензиновых автомобилей и крупных заводов. Глобальную проблему вызывают не только финансовые затраты на загрязнение воды.
Токсичные и химические отходы, попадающие в наши водные пути, могут вызывать болезни у людей и отравлять живущих поблизости морских обитателей. Как упоминалось в нашем последнем посте, разрушение некоторых экосистем оказывает разрушительное воздействие на наше биоразнообразие.
Что вызывает загрязнение воды?
Прежде чем мы сможем начать вносить изменения, нам нужно понять, что в первую очередь вызывает загрязнение. Вода может быть загрязнена из различных источников и видов деятельности, от загрязнения пластиком до остаточного ила и сточных вод промышленных предприятий:
- Промышленные отходы – Загрязняющие вещества, такие как свинец, ртуть, сера и нитраты, производятся промышленными компаниями и сливается в пресную воду, попадая в море.
- Сточные воды – Сточные воды и сточные воды проходят химическую очистку перед сбросом в море, содержащие вредные бактерии и вредные химические вещества, которые могут вызвать серьезные проблемы со здоровьем у людей и морских обитателей.
- Утечка нефти — Нефтяные танкеры, которые не были должным образом защищены, могут попасть в аварию и разлить большое количество нефти в море, что наносит огромный ущерб при входе в море, поскольку оно не растворяется.
- Пластиковые отходы . Огромное количество пластика, используемого человечеством, не поддается биологическому разложению и неизбежно попадет в наши океаны, где нанесет вред и убьет большую часть нашей морской жизни.
Внесение изменений
Нет быстрого решения проблемы загрязнения воды. Потребовались годы, чтобы воды стали сильно загрязненными, и потребуются годы, чтобы устранить загрязнение. Но есть несколько вещей, которые мы можем сделать, чтобы решить эту проблему.
В первую очередь нам необходимо информировать людей о причинах и последствиях загрязнения воды. Повышение осведомленности общественности может только помочь уменьшить количество загрязнения. Одной из основных проблем с загрязнением воды являются серые зоны в законах по всему миру. С ужесточением природоохранного законодательства за пределами национальных и международных границ мы можем сделать так, чтобы людям было намного труднее загрязнять окружающую среду.
Работая вместе над поддержанием чистоты окружающей среды, мы можем сделать мир более здоровым и лучшим для растений, животных и людей, которые от него зависят. Чтобы узнать больше о самых больших экологических проблемах в 2019 году, обязательно ознакомьтесь с нашим следующим постом о вырубке лесов.
7.3 Загрязнение воды – экологические проблемы
Глава 7: Наличие и использование водных ресурсов
Глобальный водный кризис также связан с загрязнением воды. Чтобы вода была пригодна для питья и орошения, она не должна быть загрязнена выше определенных порогов. По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2008 году около 880 миллионов человек в мире (или 13% населения мира) не имели доступа к безопасной питьевой воде. В то же время около 2,6 млрд человек (или 40% населения мира) жили без улучшенной санитарии, которая определяется как наличие доступа к общественной канализации, септиктенку или даже простой выгребной яме. Ежегодно около 1,7 миллиона человек умирают от диарейных заболеваний, связанных с небезопасной питьевой водой, неадекватными санитарными условиями и плохой гигиеной. Почти все эти смерти происходят в развивающихся странах, и около 90% из них встречаются у детей в возрасте до 5 лет (рис. 1). Усугубляет водный кризис проблема социальной справедливости; бедные люди чаще не имеют доступа к чистой воде и санитарии, чем богатые люди в аналогичных районах. В глобальном масштабе повышение безопасности воды, санитарии и гигиены может предотвратить до 9% всех заболеваний и 6% всех смертей.
В дополнение к глобальному кризису заболеваний, передающихся через воду, химическое загрязнение от сельского хозяйства, промышленности, городов и горнодобывающей промышленности угрожает глобальному качеству воды. Некоторые химические загрязнители имеют серьезные и хорошо известные последствия для здоровья, в то время как многие другие имеют плохо изученные долгосрочные последствия для здоровья. В настоящее время в США более 40 000 водоемов соответствуют определению «неблагополучных», установленному Агентством по охране окружающей среды, что означает, что они не могут ни поддерживать здоровую экосистему, ни соответствовать стандартам качества воды. В опросах общественного мнения, проведенных Гэллапом за последнее десятилетие, американцы постоянно ставят загрязнение воды и водоснабжение в качестве главных экологических проблем по сравнению с такими проблемами, как загрязнение воздуха, вырубка лесов, исчезновение видов и глобальное потепление.
Рисунок 1. Смертность по странам от диареи, вызванной небезопасной водой, неулучшенными санитарными условиями и плохой гигиеной у детей. Возраст менее 5 лет, 2004 г. Источник: Всемирная организация здравоохранения
Любая природная вода содержит растворенные химические вещества, некоторые из которых являются важными питательными веществами для человека, а другие могут быть вредными для здоровья человека. Концентрация загрязнителя воды обычно указывается в очень малых единицах, таких как части на миллион ( ppm ) или даже части на миллиард ( ppb ). Концентрация мышьяка 1 ppm означает 1 часть мышьяка на миллион частей воды. Это эквивалентно одной капле мышьяка на 50 литров воды. Чтобы дать вам другой взгляд на оценку малых единиц концентрации, преобразование 1 ppm в единицы длины составляет 1 см (0,4 дюйма) на 10 км (6 миль), а преобразование 1 ppm в единицы времени составляет 30 секунд в году. Общее количество растворенных твердых веществ (TDS) представляет собой общее количество растворенных веществ в воде. Средние значения TDS для дождевой, речной и морской воды составляют около 4 частей на миллион, 120 частей на миллион и 35 000 частей на миллион соответственно.
Обзор загрязнения воды
Загрязнение воды это загрязнение воды избыточным количеством вещества, которое может причинить вред людям и/или экосистеме. Уровень загрязнения воды зависит от количества загрязнителя, воздействия загрязнителя на окружающую среду и использования воды. Загрязнители образуются в результате биологических, химических или физических процессов. Хотя естественные процессы, такие как извержения вулканов или испарение, иногда могут вызывать загрязнение воды, большая часть загрязнения связана с деятельностью человека на суше (рис. 2). Загрязнители воды могут перемещаться по разным водоемам по мере того, как несущая их вода проходит стадии круговорота воды (рис. 3). Время пребывания в воде (среднее время, которое молекула воды проводит в водоеме) очень важно для решения проблем загрязнения, поскольку оно влияет на потенциал загрязнения. Вода в реках имеет относительно короткое время пребывания, поэтому загрязнение обычно бывает кратковременным. Конечно, загрязнение рек может просто переместиться в другой водоем, например в океан, где оно может создать дополнительные проблемы. Подземные воды обычно характеризуются медленным течением и более длительным временем пребывания, что может сделать загрязнение подземных вод особенно проблематичным. Наконец, время пребывания загрязнения может быть намного больше, чем время пребывания в воде, потому что загрязнитель может долгое время поглощаться экосистемой или поглощаться отложениями.
Рисунок 2. Загрязнение воды. Явное загрязнение воды в виде плавающего мусора; невидимые загрязнители воды иногда могут быть гораздо более вредными, чем видимые. Источник: Стивен Кодрингтон на Викискладе.
Рисунок 3. Источники загрязнения воды. Источники некоторых загрязнителей воды и перемещение загрязняющих веществ в разные водоемы круговорота воды. Источник: Геологическая служба США 9. 0002 Загрязняющие вещества попадают в водоснабжение из точечных источников , которые являются легко идентифицируемыми и относительно небольшими местами, или неточечных источников , которые представляют собой большие и более рассеянные области. К точечным источникам загрязнения относятся животноводческие фермы (рис. 4), в которых содержится большое количество и высокая плотность домашнего скота, такого как коровы, свиньи и куры. Также включены трубы от заводов или очистных сооружений. Комбинированные канализационные системы , которые имеют единый комплект подземных труб для сбора как сточных, так и ливневых стоков с улиц для очистки сточных вод, также могут быть основными точечными источниками загрязняющих веществ. Во время сильных дождей сток ливневых вод может превышать пропускную способность канализации, что приводит к тому, что неочищенные сточные воды сливаются прямо в поверхностные воды (рис. 5).
Рисунок 4. Крупные животноводческие фермы часто называют предприятиями концентрированного откорма (CFO). Эти фермы считаются потенциальными точечными источниками загрязнения, поскольку неочищенные отходы животноводства могут попадать в близлежащие водоемы в виде неочищенных сточных вод. Фото: ehp.gov
Неточечные источники загрязнения включают сельскохозяйственные поля, города и заброшенные шахты. Дождь течет по земле и сквозь землю, собирая загрязняющие вещества, такие как гербициды, пестициды и удобрения с сельскохозяйственных полей и газонов; масло, антифриз, отходы животноводства и дорожная соль из городских районов; кислотные и токсичные элементы из заброшенных шахт. Затем это загрязнение выносится в поверхностные водоемы и подземные воды. Загрязнение из неточечных источников, которое является основной причиной загрязнения воды в Северной Америке, обычно гораздо сложнее и дороже контролировать, чем загрязнение из точечных источников, из-за его низкой концентрации, множества источников и гораздо большего объема воды.
Рисунок 5. Комбинированная канализационная система Комбинированная канализационная система является возможным крупным точечным источником загрязнения воды во время сильных дождей из-за перелива неочищенных сточных вод. В сухую погоду (и небольшие штормы) все потоки обрабатываются государственными очистными сооружениями (POTW). Во время сильных штормов структура рельефа позволяет части объединенных ливневых и сточных вод сбрасываться неочищенными в соседний водоем. Источник: Агентство по охране окружающей среды США на Викискладе.
Типы загрязнителей воды
Кислородосодержащие отходы являются чрезвычайно важным загрязнителем экосистем. Большая часть поверхностных вод, контактирующих с атмосферой, содержит небольшое количество растворенного кислорода, необходимого водным организмам для клеточного дыхания. Бактерии разлагают мертвое органическое вещество и удаляют растворенный кислород (O 2 ) по следующей реакции:
органическое вещество+O 2→ CO 2 +H 2 О
Слишком большое количество разлагающихся органических веществ в воде является загрязнителем, потому что они удаляют кислород из воды, что может привести к гибели рыб, моллюсков и водных насекомых. Количество кислорода, используемого аэробным (в присутствии кислорода) бактериальным разложением органического вещества, называется биохимическим потреблением кислорода (БПК). Основным источником мертвого органического вещества во многих природных водах являются сточные воды; трава и листья являются меньшими источниками. Незагрязненным по БПК водоемом является бурная река, протекающая по естественному лесу. Турбулентность постоянно приводит воду в контакт с атмосферой, где O 2 содержимое восстановлено. Содержание растворенного кислорода в такой реке колеблется от 10 до 14 ppm O 2 , БПК низкий, и чистоводные рыбы, такие как форель, способны выжить. Загрязненным по кислороду водоемом является стоячее глубокое озеро в городских условиях со совмещенной канализационной системой. Эта система способствует высокому поступлению мертвого органического углерода из-за сброса сточных вод и ограниченной возможности циркуляции воды и контакта с атмосферой. В таком озере растворенный O 2 содержание ≤5 ppm O 2 , БПК высокий и низкий O 2 — преобладают устойчивые к O 2 рыбы, такие как карп и сом.
Излишние питательные вещества для растений, особенно азот (N) и фосфор (P), являются загрязнителями, тесно связанными с отходами, требовательными к кислороду. Водным растениям для роста требуется около 15 питательных веществ, большинство из которых содержится в воде. Однако N и P называются ограничивающими питательными веществами , потому что они обычно присутствуют в воде в низких концентрациях и, следовательно, ограничивают общий объем роста растений. Это объясняет, почему N и P являются основными ингредиентами большинства удобрений. Высокие концентрации N и P из антропогенных источников (в основном сельскохозяйственные и городские стоки, включая удобрения, сточные воды и моющие средства на основе фосфора) могут вызывать культурные эвтрофикация , что приводит к быстрому росту водных продуцентов, особенно водорослей. Толстые маты плавающих водорослей или укоренившихся растений приводят к загрязнению воды, которое наносит ущерб экосистеме, забивая жабры рыб и блокируя солнечный свет. Небольшой процент видов водорослей вырабатывает токсины, которые могут убить животных, в том числе людей. Экспоненциальный рост этих водорослей называется вредоносным цветением водорослей . Когда плодовитый слой водорослей отмирает, он становится отходами, требовательными к кислороду, что может привести к очень низкому содержанию O 2 вода (< 2 ppm O 2 ), называемая гипоксией, которая становится мертвой зоной , поскольку вызывает гибель организмов, которые не могут покинуть эту среду. По оценкам, 50% озер в Северной Америке, Европе и Азии подвергаются негативному воздействию культурной эвтрофикации. Кроме того, размер и количество морских гипоксических зон резко выросли за последние 50 лет, включая очень большую мертвую зону, расположенную на шельфе Луизианы в Мексиканском заливе. С культурной эвтрофикацией и гипоксией трудно бороться, так как они вызваны, прежде всего, загрязнением из неточечных источников, которое трудно регулировать, а также азотом и фосфором, которые трудно удалить из сточных вод.
Патогены – это болезнетворные микроорганизмы, например, вирусы, бактерии, паразитические черви и простейшие, которые вызывают различные кишечные заболевания, такие как дизентерия, брюшной тиф и холера. Патогены являются основной причиной кризиса загрязнения воды, обсуждавшегося в начале этого раздела. К сожалению, почти миллиард человек во всем мире ежедневно подвергается воздействию патогенов, передающихся через воду, и около 1,5 миллиона детей, главным образом в слаборазвитых странах, ежегодно умирают от болезней, передающихся через воду, вызванных патогенами. Патогены попадают в воду в основном с фекалиями человека и животных из-за неадекватной очистки сточных вод. Во многих слаборазвитых странах сточные воды сбрасываются в местные воды либо без очистки, либо после элементарной очистки. В развитых странах сброс неочищенных сточных вод может происходить из-за переполнения комбинированных канализационных систем, плохо управляемых животноводческих ферм и негерметичных или неисправных систем сбора сточных вод. Вода с болезнетворными микроорганизмами может быть очищена путем добавления хлора или озона, путем кипячения или в первую очередь путем очистки сточных вод.
Разливы нефти – еще один вид органического загрязнения. Разливы нефти могут происходить в результате аварий супертанкеров, таких как Exxon Valdez в 1989 году, когда 10 миллионов галлонов нефти вылилось в богатую экосистему побережья Аляски и погибло огромное количество животных. Крупнейшим морским разливом нефти стала катастрофа Deepwater Horizon, которая началась со взрыва природного газа (рис. 6) на нефтяной скважине в 65 км от берега Луизианы и продолжалась в течение 3 месяцев в 2010 г., выпустив примерно 200 миллионов галлонов нефти. Крупнейший разлив нефти произошел во время войны в Персидском заливе 1991, когда Ирак преднамеренно сбросил около 200 миллионов галлонов нефти на шельф Кувейта и устроил более 700 пожаров на нефтяных скважинах, в результате которых в течение более девяти месяцев выбрасывались огромные облака дыма и кислотные дожди.
При разливе нефти на воду нефть всплывает на поверхность, потому что она менее плотная, чем вода, а самые легкие углеводороды испаряются, уменьшая размер разлива, но загрязняя воздух. Затем бактерии начинают разлагать оставшееся масло, и этот процесс может занять много лет. Через несколько месяцев может остаться только около 15% первоначального объема, но он находится в виде толстых кусков асфальта, форма которых особенно вредна для птиц, рыб и моллюсков. Операции по очистке могут включать скиммерные суда, которые всасывают нефть с поверхности воды (эффективны только при небольших разливах), контролируемое сжигание (работает только на ранних стадиях, до того, как легкие, воспламеняющиеся части испаряются, но также загрязняют воздух), диспергаторы (детергенты, разлагающие нефть для ускорения ее разложения, но некоторые диспергаторы могут быть токсичными для экосистемы) и биоремедиация (добавление микроорганизмов, специализирующихся на быстром разложении нефти, но это может нарушить естественную экосистему).
Рис. 6. Взрывные лодки Deepwater Horizon тушат пожар от взрыва на буровой установке Deepwater Horizon в Мексиканском заливе у берегов Луизианы 20 апреля 2010 г. Источник: Береговая охрана США, Wikimedia Commons
Токсичные химические вещества включают множество различных видов и источников, в основном из промышленности и горнодобывающей промышленности. Общие виды токсичных химических веществ включают опасные химические вещества и стойкие органические загрязнители, включая ДДТ (пестицид), диоксин (побочный продукт гербицидов) и ПХБ (полихлорированные бифенилы, которые использовались в качестве жидкого изолятора в электрических трансформаторах). Стойкие органические загрязнители (СОЗ) долго сохраняются в окружающей среде, биоусиливаются в пищевой цепи и могут быть токсичными. Другая категория токсичных химических веществ включает радиоактивные материалы , такие как цезий, йод, уран и газ радон, которые могут привести к длительному воздействию радиоактивности при попадании в организм. Последняя группа токсичных химических веществ — это тяжелые металлы, такие как свинец, ртуть, мышьяк, кадмий и хром, которые могут накапливаться в пищевой цепи. Тяжелые металлы обычно производятся в промышленности и на шахтах по добыче металлических руд. Мышьяк и ртуть более подробно обсуждаются ниже.
Мышьяк (As) известен как агент смерти на протяжении многих веков. Лишь недавно ученые признали, что проблемы со здоровьем могут быть вызваны употреблением воды с небольшим содержанием мышьяка в течение длительного времени. Он попадает в водоснабжение естественным путем в результате выветривания богатых мышьяком минералов и в результате деятельности человека, такой как сжигание угля и плавка металлических руд. Худший случай отравления мышьяком произошел в густонаселенной бедной стране Бангладеш, где ежегодно сотни тысяч человек умирают от диареи и холеры в результате употребления поверхностных вод, зараженных патогенами из-за неправильной очистки сточных вод. В 19В 70-х годах Организация Объединенных Наций оказала помощь миллионам мелководных колодцев, что привело к резкому снижению числа болезнетворных болезней. К сожалению, вода многих скважин богата мышьяком. К сожалению, в Бангладеш около 77 миллионов человек (около половины населения) могли непреднамеренно подвергнуться воздействию токсичных уровней мышьяка. Всемирная организация здравоохранения назвала это самым массовым отравлением населения в истории.
Ртуть (Hg) используется в различных электротехнических изделиях, таких как сухие батареи, люминесцентные лампы и выключатели, а также в производстве красок, бумаги, винилхлорида и фунгицидов. Ртуть действует на центральную нервную систему и может вызвать потерю зрения, чувствительности и слуха, а также нервозность, дрожь и смерть. Как и мышьяк, ртуть естественным образом попадает в водоснабжение в результате выветривания богатых ртутью минералов и в результате деятельности человека, такой как сжигание угля и обработка металлов. Известный случай отравления ртутью в Минамате, Япония, связан с промышленными выбросами, богатыми метилртутью, которые вызвали высокие уровни ртути в рыбе. Жители местных рыбацких деревень ели рыбу до трех раз в день на протяжении более 30 лет, что привело к гибели более 2000 человек. За это время ответственная компания и национальное правительство мало что сделали для смягчения, облегчения или даже признания проблемы.
Жесткая вода богато содержит кальций и магний, что снижает ее способность образовывать мыльную пену и увеличивает образование накипи (минералы карбоната кальция и магния) на оборудовании для горячей воды. Умягчители воды удаляют кальций и магний, что позволяет воде легко пениться и препятствовать образованию накипи. Жесткая вода образуется естественным путем в результате растворения минералов карбоната кальция и магния в почве; он не оказывает отрицательного воздействия на здоровье людей.
Загрязнение подземных вод может происходить из подземных источников и всех источников загрязнения, загрязняющих поверхностные воды. Распространенными источниками загрязнения подземных вод являются протекающие подземные резервуары для хранения топлива, септиктенки, сельскохозяйственная деятельность, свалки и добыча ископаемого топлива. Общие загрязнители подземных вод включают нитраты, пестициды, летучие органические соединения и нефтепродукты. Еще одна неприятная особенность загрязнения подземных вод заключается в том, что небольшие количества некоторых загрязняющих веществ, например, нефтепродуктов и органических растворителей, могут загрязнять большие площади. В Денвере, штат Колорадо, 80 литров нескольких органических растворителей загрязнили 4,5 триллиона литров подземных вод и образовали шлейф загрязнения длиной 5 км. Серьезную угрозу качеству грунтовых вод представляют подземные резервуары для хранения топлива. Топливные баки обычно хранятся под землей на заправочных станциях, чтобы снизить опасность взрыва. До 1988 в США эти резервуары для хранения могут быть сделаны из металла, который может подвергаться коррозии, протекать и быстро загрязнять местные грунтовые воды. Сейчас требуются течеискатели, а металлические резервуары предполагается защитить от коррозии или заменить на стеклопластиковые. В настоящее время в США насчитывается около 600 000 подземных резервуаров для хранения топлива, и более 30% из них по-прежнему не соответствуют требованиям Агентства по охране окружающей среды в отношении предотвращения утечки или обнаружения утечек.