Экологическое значение воды

· Роль воды в природе и в быту

Вода – колыбель жизни, именно в ней и с ее участием зародились живые существа. В природе вода в составе гидросферы является необходимой составной частью биосферы. Она пронизывает ее всю, обеспечивая жизнь живых существ на Земле. Экологическое значение воды обеспечивается тем, что вода является универсальным растворителем многих веществ; в водной среде протекают физико-химические реакции, связанные с обменом веществ у живых существ + происходит транспорт пластических и энергетических материалов + в нее выводятся из организма вредные и использованные продукты обмена + испаряясь с поверхности почвы, кожи, органов дыхания, она участвует в температурной регуляции. В воде легко растворяются атмосферные газы. В 1л воды при 20^оС растворяется 665 мл углекислого газа, а при 0^оС -  в 3 раза больше. В дождевой воде его больше в 33 раза, чем в воздухе - вот почему эта вода не годится для аквариумов.

Велико гигиеническое значение водыдля человека в быту: для питья + приготовления пищи + поддержания чистоты тела, жилища, белья, предметов обихода, жилых и общественных зданий. Вода используется для централизованного отопления, канализации, полива улиц и зеленых насаждений. Большие потребности в воде у промышленности и сельского хозяйства. Вода незаменима для оздоровительных мероприятий – купания, закаливания. Чем больше цивилизовано государство, тем больше оно потребляет питьевой воды.

 

· Кругооборот воды в природе

Круговорот воды на Земле – непрерывный процесс движения и обмена водой между всеми тремя фазами, составляющих гидросферу: жидкой массы - океанов, газообразной - атмосферы и литосферы и твердой – во льдах. Гидросфера находится в постоянном движении, растворяя химические вещества и поддерживая физические, погодные, химические и биологические процессы. При этом в гидросфере существуют постоянные устойчивые процессы – течения в океанах и в воздушных пространствах, дождевые капли, снег и т.д.

Круговорот воды начинается на молекулярном уровне: в каждом растении, животном, человеке. На Земле 86% пресной воды находится в ледниках, 13% - в подземных водах и 1% - в озерах, болотах, реках. Недостаток пресной воды начал ощущаться с начала 60-х годов, особенно на Ближнем Востоке, юге США, Мексике, Индии, что стало сдерживать развитие промышленности и сельского хозяйства в них.

· Самоочищение воды в источниках

Природа защищается от загрязнений. Во всех частях биосферы идут процессы самоочищения - абиотические и биотические. В водоемах действуют абиотические факторы: а) физические - разбавление и смешивание с основной массой воды; б) механические процессы – осаждение нерастворимых взвешенных веществ; в) физические – разрушение под влиянием солнечной радиации и температуры и г) химические – растворение, нейтрализация кислых вод щелочными и наоборот, окисление кислородом и др. При повышении температуры в присутствии УФЛ эти процессы ускоряются.

  Биотические процессы реализуются под влиянием продуцентов, консументов и редуцентов.  

Продуценты – растения, ряска, микроскопические водоросли, называемые фитопланктоном, выделяют на солнечном свету кислород и поглощают углекислый газ. Но когда их размножается много (в августе) – водоем цветет, происходит массовое отмирание фитопланктона и его гниение, что поглощает кислород в воде. В это время ухудшается самоочищение водоемов, продукты распада попадают на водозаборные очистные сооружения, плохо очищаются и в питьевой воде появляется тухлый запах и повышается  цветность.

  Консументы – всякие микроскопические туфельки, инфузории, рыбы и животные; чем чище водоем, тем богаче в нем флора и фауна.

Редуценты - это бентосные растения и сапрофитные микроорганизмы. Они «трудятся» без света в придонном иле, где и переваривают с помощью своих ферментов загрязнения и все органические осадки, оседающие на дно. Они поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Поэтому, когда много загрязнений и много размножилось бентосных микроорганизмов, то в водоеме мало кислорода, гибнет рыба и фитопланктон.

· Характеристика источников питьевого водоснабжения, причины и источники их загрязнения

Источником питьевой воды могут быть атмосферные, поверхностные и подземные воды. Все они очень отличаются по химическому составу и гигиенической значимости для человека.

Атмосферная вода – дождевая характеризуется как мягкая, поскольку в ней нет солей Са и Мg. Широко используется для питья в безводных регионах (Австралия, Израиль). Но, как мы рассматривали ранее, в атмосферной воде крупных городов и в местностях с интенсивной промышленностью содержится много загрязнений: различные кислоты, соли металлов из дымов и разнообразные неболезнетворные микроорганизмы. Такая вода без обработки не пригодна для питья: ее можно употреблять после отстоя или очистки и кипячения.

Подземные воды делятся на поверхностные, грунтовые и межпластовые. Поверхностные воды располагаются у самой поверхности земли – это почвенные воды. Эта вода появляется в период снеготаяния, обильных дождей. Часть воды уходит ниже, а часть испаряется. Эта вода для питья ограничено годна в нежилой зоне и не годна в жилой, т.к. в ней много антропогенных загрязнений – микробных и химических.

 Поверхностные воды, опускаясь ниже, встречают глиняную или каменную преграду, скапливаются над ней, образуя грунтовые воды – это колодцы, родники, ключи. Эти воды отражают состав почвы: чем сильнее загрязнение почвы (в жилой зоне), тем больше этих веществ в воде. Двигаясь по уклону местности под землей, эта вода с одной стороны фильтруется от поверхностных загрязнений, а с другой – в жилой зоне она может загрязняться, впитывая, что встречает на пути (содержимое  необустроенных выгребных уборных и помойных ям). В этой воде часто присутствуют химические вещества (аммиак, нитриты, нитраты) и микроорганизмы (повышенное содержание кишечной палочки), указывающие на фекальные загрязнения и возможное наличие болезнетворных микробов (дизентерийных и брюшнотифозных) и вирусов (гепатита А и др.). Поэтому в современных городских условиях пить воду из колодцев, «святых источников» и родников надо после гигиенической оценки – посмотреть откуда стекает вода. Если это сельский колодец, то надо периодически проводить его дезинфекцию и лабораторные исследования воды.

 Спускаясь вниз и растекаясь по уклону местности, вода затекает в водонепроницаемые межпластовые пространства, скапливается здесь и называется межпластовой. Если пробурить скважину глубиной 20 - 90 м, то вода из нее будет называться артезианской. Эта вода отличается   от других вод характерным химическим составом, зависящим от пород, по которым она двигается, большей прозрачностью из-за отсутствия взвешенных частиц, низкой температурой; в ней мало микробов и почти полностью отсутствует кислород. Чаще это вода с повышенной жесткостью – в ней много Са и Мg. Физико-химический состав артезианской воды характеризуется постоянством: как правило, это чистая вода. Загрязнения артезианской воды возможны: 1) из-за трещины в земных породах, куда проваливается поверхностная вода и 2) при поступление воды из заброшенных шахт в результате слишком интенсивной эксплуатации артскважины. Артезианская вода используется без очистки и хлорирования. Минусом ее является жесткость воды, в результате чего в ней плохо приготовляется пища - плохо развариваются овощи и мясо; не мылится мыло и плохо стирается белье; водопроводные трубы быстро выходят из строя в результате закупорки их просвета известью. Люди, употребляющие эту воду в сыром виде (некипяченой), чаще болеют желудочно-кишечными и сердечно-сосудистыми заболеваниями.

 

  Поверхностные водоисточники разделяются на естественные водоемы (реки, озера, пруды) и

искусственные (водохранилища, каналы). Вода проточных водоемов (рек) отличается от воды непроточных (озер, прудов).

Чистота воды в реках зависит от сезона года, источника воды, скорости течения, многоводности и объема загрязнений, стекающих в нее, от санитарного состояния ее берегов и что на них расположено – предприятия, спускающие сточные воды, или навозохранилища молочно-товарный ферм. Как правило, реки берут свое начало из болот и поверхностных водоисточников. Весной и осенью идут дожди – и реки сильно загрязняются сточными водами. Зимой из-за уменьшения атмосферных осадков реки становятся чище. Большинство рек в настоящее время перегорожены плотинами и используются для гидроэлектростанций, поэтому вода в них малопроточна, что снижает процессы самоочищения. Например, Волга перекрыта 6 водохранилищами, ее вода до впадения в Каспийское море трижды «выпивается и выливается» городами, расположенными на ней; в результате только ее химическое загрязнение в 2 раза превышает ПДУ.

То же относится к воде озер и прудов. Поэтому вода рек, озер и прудов из-за микробной загрязненности для непосредственного питья непригодна. А выпитая при купании часто служит причиной кишечных заболеваний. Купающиеся в прудах утки служат показателем возможной загрязненности воды гельминтозами и сальмонеллезом. Для питьевого водоснабжения чаще используются искусственные водохранилища. Самое большое их них в Европе - Рыбинское водохранилище в Ярославской области – площадью 15 км². Минусом искусственных водохранилищ является их малопроточность, из-за чего они сильно зацветают зелеными водорослями, которые при разложении ухудшают вкус воды и засоряют очистные фильтры.

 

· Источники и причины загрязнения природных резервуаров питьевой воды:

 

Источниками загрязнения природных резервуаров питьевой воды являются:

- стоки поверхностных вод с загрязненных территорий;

- спуски бытовых и промышленных стоков (1992 г. в РФ сброшено 28 км³ стоков, из них 8,4 км³ без очистки);

- сбросы отходов водного транспорта.

Бытовые (фекально-хозяйственные) сточные воды загрязняют водоемы органическими веществами и бактериями. Производственные стоки изменяют химический состав воды, придают ей измененные запахи, окраску, вводят плавающие и вредные вещества. Несмотря на самоочищение, водоемы не справляются и на отдельных участках становятся сточными канавами, реками-поганками, непригодными для санитарно-бытового использования.

1/3 загрязнений поступает с поверхностными ливневыми водами. В весенний паводок качество воды резко ухудшается из-за смыва загрязнений с поверхности почвы, попадания навоза с полей и переполненных навозохранилищ и многих других причин.

 

· Способы получения пресной воды. Перспективы Мирового океана в ХХ1 веке

 Возникший «голод» пресной воды способствовал развитию новых способов ее получения из морской воды Мирового океана – развитию технологий будущего – ХХ1 века по опреснению морской воды с помощью:

- метода «обратного осмоса» - продавливания воды с растворенными солями через полупроницаемую мембрану: вода проходит, а соли остаются;

- метода электролиза – с помощью электрического тока через мембраны проходят катионы и анионы воды, а соли остаются;

- метода термической дистилляции – от солнечной энергии получается электрический ток, который нагревает воду до кипения, пар конденсируется и получается дистиллированная вода; мощность такой установки – сотни тыс. м³ в сутки.

Эти технологии развиваются в Алжире, Ливии, Израиле, Туркменистане, Узбекистане и на Дальнем Востоке в России. В Австралии подобные методы применяются для опреснения воды из глубоких артскважин.

Предложен метод использования талой воды айсберга, Даже небольшого размером – 2 ^х 0,5 ^х 0,1 км хватит для 5-миллионного города на месяц при расходе воды до 1000 л/сутки. Сдерживает внедрение этого метода отсутствие возможности буксировки айсберга по океану.