Ключові поняття та терміни:
· водні ресурси
· споживачі
· прямоточна система водопостачання
· оборотна система водопостачання
· водоємкість виробництва
· питоме водоспоживання
· самоочищення води
· очищення стічних вод
· механічне очищення
· хімічне очищення
· біологічне очищення
2.3.1. Водні ресурси планети їх запаси і розподіл.
Водні ресурси – це придатні для використання води Землі: річкові, озерні, морські, підземні, ґрунтові води, водосховища, лід гірських і полярних льодовиків.
Запаси води на Землі величезні – 1.46х109 км3. Але це переважно гірко – солона морська вода, не придатна для пиття і технологічного використання. Прісна вода становить усього 2% від її загальної кількості на планеті, але значна частина її зосереджена в льодовиках Гренландії, Антарктиди та айсбергах і гірських льодовиках. І лише 1% прісної води містять річки, озера, підземні води і людина використовує саме їх для своїх потреб.
Морська вода – найпоширеніша на Землі речовина. Світовий океан займає 71% поверхні нашої планети. Але проблема водних ресурсів існує, тому що вона на Землі розподілена нерівномірно. Основне джерело водопостачання для людини – це річковий стік. Перше місце за цим показником посідає Бразилія, країна з гігантською річкою Амазонкою. За водозабезпеченістю на одну людину перше місце належить Австралії.
2.3.2. Ресурси води України, області.
Україна належить до регіонів не забезпечених у достатній кількості прісною водою за існуючих антропогенних навантажень. Запаси водних ресурсів на одного жителя України в середньому майже в 30 разів менші, ніж в Росії. Так, якщо в середньому по країнах СНД на душу населення припадає 19,6 тис. м3 на рік, у Росії – 30,6 тис. куб. м,то в Україні – 1, 2 тис. м3.
Річковий стік України становить у середньому 73,5 млрд. м3, а в посушливі роки зменшується до 49 млрд. м3.Він розподіляється на території нашої держави нерівномірно: 70% стоку припадає на північно-західні регіони, де проживає 40% населення, а тільки 30% стоку припадає на південно-східні регіони, де проживає 60% населення і зосереджена промисловість сільське господарство. У зв’язку з цим у багатьох районах півдня та південного-сходу України відчувається гострий дефіцит води, для ліквідації якого доводиться перекидати її каналами, будувати водосховища.
Головне джерело води для України – річка Дніпро. Крім того потреби у воді забезпечуються річками Дунай, Дністер, Південний Буг, Тиса, Прут та ін. Стан води й повноводність цих артерій залежить в основному від стану їхніх приток – малих річок, яких в Україні налічується близько 63 тис. Їхня роль величезна: досить згадати, що 90% населених пунктів нашої країни розташовані саме в долинах малих річок і користуються їхньою водою. Однак стан малих річок України сьогодні викликає тривогу. Понад 20тис. їх уже зникло, пересохло. Це веде до деградації великих річок, тому проблема їх збереження та оздоровлення - одна з найгостріших для нашої держави.
Підземні води України мають велике значення для забезпечення водою населення: близько 70% населення сіл і селищ міського типу задовольняють свої потреби в питній воді за рахунок ґрунтових вод чи глибших водоносних горизонтів. Стан підземних вод України в цілому кращий, ніж поверхневого стоку, хоча місцями вони забруднюються стоками промислових підприємств, тваринницьких комплексів тощо. В деяких промислових районах (Донбас, Кривбас) розробка шахт і кар’єрів негативно впливає на якість і запаси підземних вод. У результаті багаторічного відкачування води з цих об’єктів її рівень дуже понизився, а з деяких водоносних горизонтів вода зникла зовсім.
2.3.3. Проблеми від зростання споживання води.
Зростання чисельності населення світу призвело до різкого збільшення обсягів споживання води. Хронічна нестача прісної води спостерігається в більшій частині країн Африки, Близького Сходу, в Північному Китаї, в Індії, Мексиці і в країнах Центральної Азії. Інтенсивність використання водних ресурсів перевищує їх відновлення в біосфері, веде до забруднення водойм.
Всі галузі господарства стосовно водних ресурсів поділяються на споживачів і користувачів. Споживачі забирають воду з джерела водопостачання, використовують її для виготовлення продукції, а потім повертають, але вже в меншій кількості й іншій якості. Користувачі воду не забирають, а використовують її як середовище (водний транспорт, рибальство, спорт тощо.) або як джерело енергії (ГЕС).Проте й вони можуть змінювати якість води.
Основний споживач води – сільське господарство (70% її загального використання). Це зумовлено передусім збільшенням площ зрошуваного землеробства. Зрошувані землі набагато продуктивніші від незрошуваних. Сьогодні в світі площа зрошуваних земель становить 15% загальної площі сільськогосподарських угідь, а дають ці землі понад 50% усієї продукції.
Питоме водопостачання під час зрошення залежить від виду вирощуваних с/г культур, клімату, технічного стану зрошувальних систем і способів впливу. Так, норми поливу для зернових культур становлять 1500-3,500 м3/га, для цукрового буряка - 2500-6000 м3/га, а для рису - 8000-15000 м3/га.
Більша частина води(20-60%), що використовується для зрошення безповоротно втрачається, її певна кількість повертається назад у водойми у вигляді так званих поворотних вод, сильно забруднених солями.
Промисловість використовує близько 20% води, споживаної людством. Кількість води, що споживається підприємством, залежить від того, яку продукцію воно випускає, від системи водопостачання (прямоточна чи оборотна) та від інших причин.
За прямоточної системи вода з джерела надходить на промисловий об’єкт, використовується в процесі виготовлення продукції, потім піддається очищенню й після цього скидається у водостік чи водойму.
За оборотної системи відпрацьована вода після очищення не повертається у водойму, а знову використовується у процесі виробництва. Витрата води за такої системи набагато нижча. Наприклад, ТЕС потужністю 1 млн. КВт у разі прямого водопостачання (для охолодження агрегатів) споживає 1,5 км3 води щорічно, а за оборотної системи – лише 0,12 км, тобто в 12 разів менше.
Кількість води необхідної для виробництва 1 т продукції, називають водоємкістю виробництва. За цим показником різні виробництва дуже відмінні. Наприклад, для виробництва 1т металопрокату потрібно 10-15 м3 води, 1т хімволокна – 2000-5000м.До найбільших споживачів води в промисловості належать атомні електростанції. Так, Хмельницька АЕС, розташована у верхів’ях річки Горинь, “випиває” всю воду з цієї річки, яка колись була основним джерелом водопостачання населення промисловості Рівненської області.
Водопостачання населення (близько 10% усієї споживаної людством води) задовольняє потреби в питній воді й комунально-побутові (робота підприємств побутового обслуговування, поливання вулиць і зелених насаджень, протипожежні заходи тощо). Є поняття питоме водоспоживання, тобто добовий об’єм води (л.), необхідний для задоволення потреб одного жителя міста або села. У великих містах світу питоме водоспоживання сьогодні таке (л добу): Нью-Йорк-600, Париж-500, Москва-400, Київ-333, Лондон-263. В країнах, що розвиваються (Центральна Африка, Близький Схід), цей показник становить лише 10-15 л\ добу.
2.3.4. Проблеми водних ресурсів і заходи спрямовані на поліпшення джерел води. Забруднення води.
Одна з найпоширеніших проблем раціонального використання водних ресурсів є проблема наших річок. В їхніх басейнах формується понад 60 % водних ресурсів. До найважливіших проблем малих річок України належить:
1. Замулення внаслідок розорювання заплав і вирубування лісових смуг.
2. Забруднення великою кількістю хімічних добрив і отрутохімікатів.
3. Значне забруднення тваринницькими комплексами.
4. Розташування у басейнах малих річок великої кількості полів фільтрації цукрових заводів.
5. Створення на берегах річок звалищ.
6. Забруднення малих річок промисловими стоками.
Збереження малих річок від висихання і забруднення дає можливість розв’язати проблему водних ресурсів в Україні. Велике значення у розв’язанні водної проблеми має використання підземних вод і економія прісної води.
Забруднення води. В результаті діяльності людей гідросфера змінюється: кількісно та якісно. Кількісно - це зменшення кількості води придатної для використання, якісн о - це забруднення.
Серед забруднень розрізняють фізичне, хімічне, біологічне й теплове.
Фізичне забруднення води відбувається внаслідок: накопичення в ній нерозчинних домішок - піску, глини, мулу в результаті змивання дощовими водами з розораних ділянок (полів); надходження суспензій з підприємств гірничорудної промисловості; потрапляння пилу, що переноситься вітром у суху погоду, тощо. Тверді частинки знижують прозорість води, пригнічують розвиток водяних рослин, збивають зябра риб та інших водяних тварин, погіршують смакові якості води, а іноді роблять її взагалі непридатною для споживання.
Хімічне забруднення відбувається через надходження у водойми зі стічними водами різних шкідливих домішок неорганічного (кислоти, луги, мінеральні солі) та органічного(нафта й нафтопродукти, мийні засоби пестициди тощо) складу. Шкідлива дія токсичних речовин, що потрапляють у водойми, посилюється за рахунок так званого а кумулятивного ефекту (прогресуюче збільшення шкідливих сполук у кожній наступній ланці трофічного ланцюга). Так, у фітопланктоні концентрація шкідливої сполуки часто виявляється в десятки разів вищою, ніж у воді, у зоопланктоні (личинки, дрібні рачки тощо)- в десятки разів вища, ніж у фітопланктоні, в рибі, яка харчується зоопланктоном,- ще в десятки разів вищою. А в організмі хижих риб (таких як щука чи судак) концентрація отрути збільшується ще в 10 разів і, отже буде в 10000 разів вищою ніж у воді.
Особливої шкоди водоймам завдають нафта й нафтопродукти, які утворюють на поверхні води плівку, що перешкоджає газообмінові між водою та атмосферою й знижує вміст у воді кисню. В результаті розливу 1т нафти плівкою покривається 12 км2 води. Згустки мазуту, осідають на дно, вбивають донні мікроорганізми, які беруть участь у процесі самоочищення води. Внаслідок гниття даних осадів, забруднених органічними речовинами, виділяються шкідливі сполуки, зокрема сірководень, що отруюють усю воду в річці чи в озері.
До основних забруднювачів води належать хімічні, нафтопереробні й целюлозно-паперові комбінати, великі тваринницькі комплекси, гірничорудна промисловість. Серед забруднювачів води особливе місце посідають синтетичні мийні засоби. Ці речовини надзвичайно стійкі, зберігаються у воді роками.
Забруднення води речовинами, що містять фосфор, сприяє бурхливому розмноженню синьо-зелених водоростей і “цвітінню” водойм, яке супроводжується різким зниженням у воді вмісту кисню, “заморами” риби, загибеллю інших водяних тварин. Під час “цвітіння” Каховського та інших “рукотворних морів” на Дніпрі стоїть сморід, а хвилі викидають на берег трупи риби, що задихнулася.
Біологічне забруднення водойм полягає в надходженні до них зі стічними водами різних мікроорганізмів, спор грибів, яєць гельмінтів і т.д., багато з яких є хвороботворними для людей, тварин і рослин. Серед біологічних забруднювачів перше місце посідають комунально-побутові стоки (особливо, якщо вони не очищені або очищенні не достатньо), а також стоки цукрових заводів, м’ясокомбінатів, підприємств з обробки шкір,деревообробних комбінатів. Особливо небезпечне біологічне забруднення водойм у місцях масового відпочинку (курортні зони узбереж морів). Через поганий стан каналізаційних систем та очисних споруд останніми роками нерідко закривалися пляжі в Одесі, Маріуполі та інших містах на узбережжях Чорного й Азовського морів, оскільки в морській воді було виявлено збудників таких небезпечних захворювань, як холера, дизентерія, вірусний гепатит та ін.
Теплове забруднення води відбувається внаслідок спускання у водойми підігрітих вод від ТЕС, АЕС та інших енергетичних об’єктів. Тепла вода змінює термічний і біологічний режими водойм і шкідливо впливає на їхніх мешканців. Як показали дослідження гідробіологів, вода, нагріта до температури 26-30 С, діє на риби та інших мешканців водойм пригнічуючи, а якщо температура води піднімається до 36 С, риба гине.Найбільшу кількість теплої води скидають у водойми атомні електростанції.
2.3.5. Екологічний стан водойм України.
Усі наші великі річки за міжнародними стандартами належать до забруднених та дуже забруднених, те саме стосується і більшої частини їх головних приток. Чимало річок, де гранично допустимі концентрації для однієї чи кількох речовин перевищені в десятки разів. Наприклад, у притоці р. Західний Буг в Полтаві у 20-30 разів перевищена допустима концентрація вмісту амонійного азоту, з Дніпра і Дунаю можна видобувати цинк. Своєрідними “родовищами” стали для міді і фенолу -
р. Тисмениця, міді і марганцю - Південний Буг і Дніпро, нафтопродуктів Сіверський Донець і майже всі річки Приазов’я.
Рекордсменом за сукупністю забруднень визначено р. Полтаву. В її воді нижче Львова довго не з’являється кисень, зате розкошує сірководнь. Не набагато поступається їй притока Дністра Тисмениця, в якій усі контрольовані речовини спостерігалися з концентраціями, що перевищували ГДК. Суперників цих річок можна знайти лише на Сході та Донбасі.
Не набагато краща ситуація як на Дніпрі, так і в усіх його українських притоках. Вони забруднені насамперед нітритним та амонійним азотом і численними сполуками важких металів. Нижні водосховища збагачені фенолом, Дніпровське - нафтопродуктами. Все це – наслідок скидання брудних стоків, розплата за надто розвинену за десятиліття радянської влади промисловість зі старими технологіями.
Дещо краща ситуація в річках Криму, в здовж яких не має великих підприємств. Там лише у пониззі 1-3 рази перевищує ГДК азоту.
На морях максимальні рівні забруднення відразу кількома речовинами спостерігаються у портах і прилеглій до дельти Дунаю частині Чорного моря. Приємно хоч те, що вміст кисню задовільний в обох морях, а максимальні рівні забруднення перестали збільшуватися як це спостерігалось у 80-ті роки. Погана ситуація і з підземними водами, яку подають у комунальні водоводи. Фахівці переконані, що вони забрудненні “не подекуди”, а майже на всій території України. У багатьох місцях є надмір пестицидів, нітратів, хлоридів, подекуди щей фенолу, а у Криму до всього цього додають ще й миш’як і марганець.
Особливо високі концентрації шкідливих речовин у підземних водах спостерігаються у Донбасі, де були випадки отруєння ними шахтарів у вибоях.
Що стосується витоків стічних вод, то вони належать наступним рекордсменам всього обсягу зливу в ріки:
Електроенергетиці – 43%
Комунальному господарстві – 19,5%
Сільському господарстві – 16,6%
Чорній металургії – 9%
Хімії і нафтохімії – 3 %
Іншим – 8-9 %
Підсумовуючи можна стверджувати, що водні перспективи України погані. Хоча економічні негаразди зупинили частину виробництва і скоротили решту, зменшивши об’єм стічних вод, та це мабуть тимчасове явище. Відсутність капіталів на модернізацію промисловості змусить виробників для виживання і проникнення на світові ринки продовжувати випуск металу і виробів з нього на наявних підприємствах. Наслідки цього для якості води очевидні.
2.3.6. Заходи щодо зменшення ступеня забруднення води.
Основними заходами щодо зменшення ступеня забруднення води є:
· очищення стічних вод
· використання стічних вод для зрошення
· впровадження замкнутих технологій водозабезпечення
· скорочення обсягів скидання забруднювачів у водойми
· вдосконалення технологічних процесів
· нормування якості води, тобто розробка критеріїв її придатності для різних видів водокористування.
Очищення стічних вод. Усі природні водойми здатні самоочищатися. Самоочищення води – це нейтралізація стічних вод, випадіння в осад твердих забруднювачів, хімічні, біологічні та інші природні процеси, що сприяють видаленню з водойми забруднювачів і поверненню води до її первісного стан.
Однак здатність водойми до самоочищення має свої межі. Сьогодні у водойми надходить така величезна кількість стічних вод, настільки забруднених різними токсичними для їхніх мешканців речовинами, що багато водойм почали деградувати. Тому людство, якщо воно хоче мати майбутнє мусить негайно вжити спеціальних заходів для очищення забруднених вод і повернення джерел водопостачання до такого стану, за якого вони стали б придатними для використання.
Чинними законами України передбачається, що для різних господарських потреб має використовуватися вода певної якості. Недопустимо, наприклад, використовувати питну воду для охолодження блоків ТЕС, забороняється скидати у водойми стічні води, які містять цінні відходи, що можуть бути вилучені із застосуванням раціональної технології. Основний напрям захисту водного середовища - перехід підприємств до роботи за схемою замкненого циклу водопостачання, коли вони після очищення власних стічних вод повторно використовують їх у технологічному циклі, і забруднені стічні води взагалі не потрапляють у водойми.
У сільському господарстві слід запровадити сувору економію води, раціональне її використання. Так, заміна суцільного поверхневого поливу на зрошуваних землях дощуванням або краплинним поливом дає змогу зробити ті самі врожаї з меншими в (5-7 разів) витратами води. Скоротити кількість пестицидів, фосфатів, нітратів, що потрапляють у водойми, можна частковою заміною хімізації с/г біологічними методами боротьби зі шкідниками і хворобами рослин, чітким дотримуванням сівозмін, уведенням більш продуктивних і стійких до хвороб та шкідників рослин.
Очищення стічних вод - це руйнування або видалення з них забруднювачів і знищення в них хвороботворних мікробів. Сьогодні застосовуються два методи очищення стічних вод: у штучних умовах(у спеціально створених спорудах) і в природних (на полях зрошення, в біологічних ставках тощо). Забрудненні стічні води послідовно піддають механічному, хімічному і біологічному очищенню.
Механічне очищення полягає у видаленні зі стічних вод нерозчинних речовин(піску, глини, мулу), а також жирів і смол. Для цього використовуються відстійники, сита, фільтри, центрифуги тощо. Сучасні передові методи із застосуванням найкращих закордонних установок дають змогу видаляти зі стічних вод до 95% твердих нерозчинних забруднювачів.
Хімічне очищення стічних вод здійснюється після їх механічного очищення. В забруднену різними сполуками воду додають спеціальні речовини - реагенти. Ці речовини вступаючи в реакцію із забруднювачами утворюють не шкідливі речовини, які випадають в осад і видаляються.
Біологічне очищеннястічних вод, як правило, завершальний етап. Органічна речовина, що міститься у стічній воді, окислюється аеробними бактеріями до вуглекислого газу і води, а також споживається гетеротрофними – консументами. Чим більше в очищувальній воді є гідро біонтів гетеротрофів і чим вища їхня біологічна активність, тим інтенсивніше відбувається процес очищення. Крім того, організми - фільтра тори, поглинаючи й згодом осоджуючи різні суспензії, сприяють їх похованню на дні та освітлюють води. Біологічне очищення здійснюють у спеціальних гідротехнічних спорудах і установках - на так званих полях зрошення, на полях фільтрації, на біофільтрах в аеротенках Іноді ці споруди заселяють спеціально дібраними або, виведеними бактеріями та водоростями. Комплекс організмів які беруть участь у процесах біологічного очищення, називають активним мулом.
Деякі особливо токсичні стічні води хімічних підприємств взагалі не піддаються очищенню ніякими сучасними методами. Їх доводиться закачувати в підземні сховища, наприклад відпрацьовані нафтові родовища. Таким чином створюються небезпечні об’єкти, оскільки ніхто не може дати 100 відсоткової гарантії, що отруйні води не потраплять колись у підземні водоносні горизонти.
Водні об’єкти України які мають особливу наукову цінність оголошенні заповідниками. До таких належать окремі ділянки акваторій Чорного та Азовського морів у межах заповідників “Дунайські плавні” та Чорноморського біосферного, та гідрологічного заказника “Молочний лиман”. Україна як учасниця ООН бере участь у вирішенні проблем водних ресурсів світу.
