Гидросфера в жизни общества. Охрана вод от загрязнения

Содержание 
 
Введение                                                                                                             3-4 
 
1.     Гидросфера в жизни общества                                                                       4-6 

1.1.   Водные ресурсы мира и России                                                                     4-6

1.2. Современное состояние качества воды в водных объектах                         7-8 
 
2.       Охрана вод от загрязнения                                                                          9-12

2.1.    Источники и пути загрязнения вод                                                   9-12 
2.2.    Самоочищение                                                                              13-14 
2.3.    Охрана водных ресурсов от загрязнения                                       14-16 
 
Заключение                                                                                                        17 
 
Список используемой литературы                                                                           18 
 
 

Введение

Гидросфера – это прерывистая  водная оболочка Земли, совокупность морей, океанов, континентальных вод (включая  подземные) и ледяных покровов. Моря и океаны занимают около 71% земной поверхности, в них сосредоточено около 96,5% всего объема гидросферы. Суммарная  площадь всех внутренних водоемов суши составляет менее 3% ее площади. На долю ледников приходится 1,6% запасов воды в гидросферы, а их площадь составляет около 10% площади континентов.

 Важнейшее свойство гидросферы – единство всех видов природных вод (Мирового океана, вод суши, водяного пара в атмосфере, подземных вод), которое осуществляется в процессе круговорота воды в природе. Движущими силами этого глобального процесса служат поступающая на поверхность Земли тепловая энергия Солнца и сила тяжести, обеспечивающие перемещение и возобновление природных вод всех видов.

Испарение с поверхности  Мирового океана и с поверхности  суши является начальным звеном круговорота  воды в природе, обеспечивающим не только возобновление наиболее ценного  его компонента – пресных воды суши, но и их высокое качество.

Дефицит пресной воды на земле растет в геометрической прогрессии. Однако существуют перспективные источники  пресной воды – айсберги, рожденные  ледниками Антарктиды и Гренландии.

Поэтому актуальность заключается в проблеме загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод и т.д.). Без воды человек не может прожить более трех суток, но даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами. Ткани живых организмов на 70% состоят из воды, и поэтому В.И. Вернадский определял жизнь как живую воду. Воды на Земле много, но 97% - это солёная вода океанов и морей, и лишь 3% - пресная. Из этих три четверти почти недоступны живым организмам, так как эта вода «законсервирована» в ледниках гор и полярных шапках (ледники Арктики и Антарктики). Это резерв пресной воды. Из воды, доступной живым организмам, основная часть заключена в их тканях.

Целью данной работы является исследование водных ресурсов, выявление и нахождение путей решения проблемы их рационального использования.

1. Гидросфера в жизни общества.

1.1.         Водные ресурсы мира и России

Вода - самое распространенное на поверхности Земли химическое соединение. Она - единственное вещество, встречающееся в природе одновременно во всех трех агрегатных состояниях - твердом, жидком и газообразном.

Вода обеспечивает существование  живых организмов на Земле и развитие процессов их жизнедеятельности. Она  входит в состав клеток и тканей  любого животного и растения. В среднем вода составляет около 90 % массы всех растений и 75% массы животных. Сложные реакции в животных и растительных организмах могут протекать только при наличии водной среды. Тело взрослого человека содержит примерно 60-80 % воды. Физиологическую потребность человека в воде можно удовлетворить только водой и ничем иным. Потеря 6-8 % воды сопровождается полуобморочным состоянием, 10 % - галлюцинацией, 12% - приводит к смерти.

Климат и погода на Земле  во многом зависят и определяются наличием водных пространств и содержанием  водяного пара в атмосфере. В сложном  взаимодействии они регулируют ритм термодинамических процессов, возбуждаемых энергией Солнца. Океаны и моря благодаря  большой теплоемкости воды служат аккумуляторами тепла и способны изменять погоду и климат на планете. Океан, растворяя  газы атмосферы, является регулятором  воздуха.

Вода – это материал, используемый в промышленности и  входящий в состав различных видов  продукции и технологических  процессов, выступает в роли теплоносителя, служит для целей обогрева. Сила падения воды приводит в действие турбины гидроэлектростанций. Водный фактор является определяющим в развитии и размещении ряда промышленных производств. К водоемким отраслям, ориентирующимся на крупные источники водоснабжения, относятся многие производства химической и нефтехимической промышленности, где вода служит не только вспомогательным материалом, но и одним из важных видов сырья, а также электроэнергетика, черная и цветная металлургия, некоторые отрасли лесной, легкой и пищевой промышленности. 

Сельскохозяйственная деятельность человека связана с потреблением огромного количества воды, прежде всего на орошаемое земледелие. Реки, каналы, озера – дешевые пути сообщения. Водные объекты – это  и места отдыха, восстановления здоровья людей, спорта, туризма.

Человеку каждый день необходима вода для питья и приготовления  пищи. Не так уж вроде и много  воды требуется для этого - примерно 2,5-3 л в сутки на человека, но это 1 м3 в год. Однако это особая вода, питьевая. К ней предъявляются  повышенные требования по чистоте, она  не должна содержать вредных для  здоровья примесей и патогенных микробов.

Вода нужна людям каждый день и для других целей, поэтому  очень важно ее рационально и  бережно расходовать, поскольку  запасы ее на Земле не так уж и  безграничны. Если доступным для  организмов суши ресурсом пресной воды считать только постоянно возобновляемые запасы воды в почве, биомассе, реках  и озерах, то их суммарный статический  объем составляет всего 0,014% общего количества воды на планете. Хозяйственные  эксплуатационные ресурсы пресной  воды еще меньше, хотя и включают подземные воды, не доступные для  биоты. Бoльшая часть запасов пресной  воды сосредоточена в материковых  льдах, главным образом Антарктиды.

Техносфера в настоящее  время сильно конкурирует с биосферой  за наиболее доступные резервуары пресной  воды. Преобладающим источником водоснабжения  в мире остаются реки, многие из которых  зарегулированы человеком: значительная часть стока рек мира проходит через плотины гидроэлектростанций, создано более 30 тыс. водохранилищ с  общей площадью зеркала около 500 тыс. км², что больше площади Черного и Азовского морей. Безвозвратный расход воды, заканчивающийся в основном испарением, составляет 75%. Около 70% мирового водопотребления приходится на сельское хозяйство, 13% - на промышленность, 10% - на коммунально-бытовые нужды, 7% - на собственные нужды водного хозяйства (гидроэнергетика, судоходство, рыбное хозяйство и др.).

В питьевом водоснабжении  населения в настоящее время  все большее значение начинают приобретать  подземные источники. На них основано водное хозяйство более 25% городов  мира, в том числе и многих крупных. Используются преимущественно пресные  воды из зон активного водообмена и артезианских бассейнов. Практически  вся вода, поступающая в магистрали питьевого водоснабжения, нуждается  в специальной водоподготовке, так  как во многих случаях трудности  возникают не столько из-за недостаточного объема воды, сколько из-за ее низкого  потребительского качества. В частности, поэтому быстро растет индустрия  глубокой очистки и бутилирования  воды. Проблема качества воды связана  в основном с массированным техногенным  загрязнением поверхностных и отчасти  подземных природных вод. 
Россия располагает большими запасами подземных вод, их потенциальный ресурс оценивается в 230 км3 в год, из которых 60% приходится на Европейскую часть РФ.

1.2.         Современное состояние качества воды в водных объектах.

В настоящее время сложилась  напряженная обстановка с обеспечением населения России доброкачественной  питьевой водой. Основным критерием  качества питьевой воды является ее влияние  на здоровье человека. Безвредность воды обеспечивается отсутствием в ней  токсичных и вредных для организма  примесей. Одной из причин неудовлетворительного  качества питьевой воды является массивное  загрязнение поверхностных водоемов. Ежедневно туда сливаются тонны  отходов промышленных предприятий, сточные воды с полей и из хозяйственно-бытовых  и ливневых канализаций городов  и мелких населенных пунктов. Исследования последних лет показали, что каждая четвертая проба воды из водоемов не отвечает гигиеническим нормам по санитарно-химическим характеристикам  и каждая третья - по микробиологическим показателям. Вода большинства поверхностных  источников водоснабжения России характеризуется  умеренным и высоким уровнем  загрязнения. Приоритетными загрязнителями на протяжении многих лет остаются органические соединения, взвешенные вещества, нефтепродукты, фенолы, тяжелые  металлы и др. Среди возбудителей заболеваний из воды водоемов чаще всего выделяются сальмонеллы, энтеровирусы и др. Результаты мониторинга качества поверхностных вод в местах водозаборов  питьевых водопроводов России свидетельствуют  о том, что в настоящее время  концентрации приоритетных вредных  химических веществ уже приближаются к предельно-допустимым, а в некоторых  случаях даже превышают их. При  таком положении резко усложняется  возможность получения качественной питьевой воды, так как существующие водопроводные очистные сооружения практически не обеспечивают барьерную  функцию по отношению к техногенным  химическим веществам. Они транзитом  поступают в питьевую воду. Сегодня  практически все поверхностные  водоисточники по уровню загрязнения  приблизились к 3 классу качества, а  по международной классификации - к 4-5, при этом состав очистных сооружений и технология очистки воды остаются неизменными. Традиционная технология подготовки питьевой воды (коагуляция, отстаивание, фильтрование, обеззараживание), которая применяется на водопроводных  станциях с речными водозаборами, рассчитана на доведение природной  воды до требований питьевой согласно действующему ГОСТу, лишь при условии  общей низкой загрязненности воды и  прежде всего токсичными элементами. В процессе технологической подготовки питьевой воды из поверхностных водоемов при применении различных реагентов  могут образовываться химические соединения, зачастую более токсичные, чем первичные  загрязнители. Использование современных  методов анализа воды позволило  обнаружить в питьевой воде более 700 органических соединений. Повсеместное применение на очистных станциях в  технологии подготовки питьевой воды хлора приводит к образованию  очень опасных хлорорганических соединений, которые имеют канцерогенные  и мутагенные свойства. В отдельные  периоды года концентрации, например, хлороформа в водопроводной воде в 3-5 раз превышают предельный уровень. То же самое можно сказать и  об алюминии - веществе, оказывающем  нейрогенное действие на организм. В ходе обработки воды соединениями алюминия содержание этого металла  в питьевой воде, особенно в период паводка и цветения водоемов, может  увеличиваться в 2 и более раз. Следующая важная проблема качественного  водоснабжения - это практически  повсеместное ухудшение санитарно-технического состояния распределительных водопроводных  сетей, что является причиной вторичного загрязнения в них питьевой воды. Приведенная картина состояния  водоснабжения и качества питьевой воды свидетельствует о том, что  каждый из нас ежедневно подвергается опасности со стороны обычной  воды из-под крана. Этот факт не вызывает сомнения в необходимости дополнительной ее очистки, которая соответствовала  бы не только ГОСТу, но и требованиям  каждой клетки нашего организма. 

2.     Охрана вод от загрязнения.

2.1.         Источники и пути загрязнения вод.

Источники загрязнения водных объектов чрезвычайно многообразны. Прежде всего, это стоки городов  и промышленных предприятий. В последние  годы в ряде районов с ними «конкурируют»  стоки животноводческих комплексов и воды, поступающие с ирригационных  массивов и богарных земель. Сказываясь на состоянии водных объектов, загрязнение  наносит ущерб и экономике, так  как, например, со стоками промышленных предприятий теряются ценные продукты.

Во многих регионах мира загрязнение вод все больше связывается  с атмосферными осадками. Определенную роль в ухудшении качества воды играет изменение режима рек и озер. Загрязнение  водосборной площади, закачка промышленных стоков в подземные горизонты, фильтрация и утечка вод из различных отстойников  и накопителей приводят к загрязнению  и подземных вод.

Наиболее распространенным, опасным и повсеместным источником загрязнения воды являются нефтепродукты. Этому способствуют широкое использование  нефти и нефтепродуктов в различных  отраслях народного хозяйства, добыча нефти в прибрежных районах и  на шельфах внутренних морей, транспортировка  ее водным, железнодорожным и автомобильным  транспортом, а также по трубопроводам. Попав в водоем, 1 т нефти растекается  по поверхности площадью 12 км³. Особо сильные бедствия народное хозяйство терпит во время тех или иных аварий при добыче и транспортировке нефти.

В сточных водах химических предприятий находится много  фенолов, которые придают воде резкий, неприятный запах, нарушают биологические  процессы. Стоки многих предприятий, а также шахтные и рудничные  воды содержат значительное количество цинка и меди. В последние десятилетия, появившиеся в сточных водах синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) резко ухудшают биохимическую очистительную способность воды. Даже относительно небольшие концентрации СПАВ ведут к прекращению роста водной растительности, усилению неприятного запаха, нередко образуют стойкие скопления пены.

Тепловые и атомные  электростанции, потребляющие огромные количества воды и сбрасывающие в  водоемы подогретые воды, ведут к  тепловому загрязнению водоемов, что нарушает термический, гидрохимический  и гидробиологический режимы водных объектов.

Существенный источник загрязнения  воды - коммунальное хозяйство населенных пунктов. В составе коммунальных стоков наряду с фекальными водами, которые содержат особо опасные  для здоровья человека яйца гельминтов, а также болезнетворные микробы  и вирусы, имеется много вредных  соединений, сбрасываемых предприятиями  пищевой промышленности, автомобильного транспорта, общественного питания, торговли. Причем, если в настоящее  время по количеству отводимых в  водные объекты стоков на первом месте  стоит промышленность, то в перспективе, при повышении культуры производства и по мере роста благоустройства  населенных пунктов и их числа, это  соотношение будет изменяться, и  количество бытовых сточных вод  возрастет. Ливневые стоки с городских  территорий, общая площадь которых  составляет многие десятки тысяч  квадратных километров, включают значительное количество нефти, органических продуктов. В отличие от бытовых и промышленных, они большей частью не подвергаются очистке.

Одним из источников загрязнения  вод является сельское хозяйство. Основными  загрязняющими ингредиентами в  поверхностном стоке с сельскохозяйственных угодий выступают частицы почвы, органическое вещество (гумус), удобрения  и пестициды, вредные микроорганизмы. Из внесенных на склоновые земли  удобрений вымывается до 20% азота, 2-5% фосфора и 10-70% калия. Вынос пестицидов с богарных земель достигает 1%, с  орошаемых - до 4% от внесенного количества. Поскольку стоки с полей невозможно пропустить через очистные сооружения, опасность загрязнения вод удобрениями  и пестицидами трудно переоценить. Биогенные вещества способствуют интенсивному «цветению» воды, вызывают прогрессирующую  эвтрофикацию водных объектов и приводят к нарушению процессов самоочищения.

Животноводческие комплексы  и фермы, как правило, располагаются  на берегах водоемов и рек. При  отсутствии жижесборников и навозохранилищ их отходы смываются ливневыми стоками  или спускаются в водные объекты. Эти отходы содержат яйца гельминтов и патогенные микроорганизмы. В России в год животноводческими комплексами  и фермами спускается в водоемы  более 1 млрд м³ отходов, что соответствует по степени загрязнения биогенными элементами количеству бытовых вод от городов с суммарной численностью населения около 300 млн. человек. Общий годовой сток крупных птицефабрик в 1,5 раза превышает объем сточных вод животноводства.

Водный транспорт представляет угрозу для чистоты водоемов и  водотоков в случае прямого сброса в них отходов, особенно подсланевых  вод, сильно загрязненных нефтепродуктами. Значительное количество нефти попадает в водные объекты при перевозке  ее танкерами, сливании балластной воды, которой заполняются танкеры  для придания им устойчивости во время  холостых ходов и которую нередко  сбрасывают в водоемы, чтобы не терять время на станциях промывки. Аварии же танкеров приводят к неисчислимым бедствиям, губят флору и фауну, нарушая условия водоснабжения  населенных пунктов и выводя из строя  пляжи.

Многие реки нашей страны, преимущественно на севере и в  горных районах, загрязняются при сплаве леса, прежде всего на тех участках, где имеется молевой сплав. До 10% бревен тонут и остаются лежать на дне; на дно же оседает и кора. Затонувшая древесина, медленно разлагаясь, поглощает кислород и отравляет  воду фенолами и др. вредными веществами. Особенно большой ущерб молевой  лесосплав наносит рыбному хозяйству, разрушая нерестилища, травмируя рыбу и кормовые организмы.

Такой источник загрязнения  водных объектов, как атмосферные  осадки, содержит промышленные выбросы. Ежегодно в атмосферу Земли поступает  более 53 млн. т оксидов азота, 200 млн. т оксида углерода, около 150 млн. т  диоксида серы, 200-250 млн. т пыли и 120 млн. т золы. Твердые частицы перемещаются воздушными потоками на большие или  меньшие расстояния и нередко  выпадают непосредственно на водную поверхность. Газообразные выбросы, растворяясь  в атмосферной влаге, выпадают на поверхность Земли в виде «кислотных»  дождей иногда на расстоянии многих сотен  километров от мест их зарождения. От «кислотных»  дождей особенно сильно страдают озера  и леса.

В ряде районов водные объекты  загрязняются при добыче полезных ископаемых, торфоразработках. За последние десятилетия  существенным источником загрязнения  рек и водоемов стала рекреация, особенно такие ее виды, как массовое купание и маломерный флот. Все  большую роль в загрязнении водоемов и водотоков играет гидротехническое строительство. Зарегулирование стока  рек и создание водохранилищ привело  к значительному замедлению водообмена, в частности в Волге примерно в 10 раз. Уменьшение скорости водообмена явилось одной из причин массового  развития сине-зеленых водорослей.  Среди подземных вод в наибольшей степени от загрязнения страдают грунтовые, поскольку артезианские водные горизонты, перекрытые водоупорными породами, находятся в более благоприятных условиях. Отмечается как бактериальное, так и химическое загрязнение подземных вод. Основными источниками бактериального загрязнения подземных вод служат поля ассенизации и фильтрации, скотные дворы, разного рода выгребные ямы, неисправные канализационные сети.

Итак, деятельность человека существенно изменила объем и  скорость массоэнергетических потоков, в результате чего водные объекты  теряют возможность самоочищения или  превращаются в мертвые.

2.2.         Самоочищение.

Одним из наиболее ценных свойств  природных вод является их способность  к самоочищению. Самоочищение вод - это восстановление их природных  свойств в реках, озерах и других водных объектах, происходящее естественным путем в результате протекания взаимосвязанных  физико-химических, биохимических и  других процессов (турбулентная диффузия, окисление, сорбция, адсорбция и  т. д.). Способность рек и озер к  самоочищению находится в тесной зависимости от многих других природных  факторов, в частности физико-географических условий, солнечной радиации, деятельности микроорганизмов в воде, влияния  водной растительности и особенно гидрометеорологического  режима. Наиболее интенсивно самоочищение воды в водоемах и водотоках осуществляется в теплый период года, когда биологическая  активность в водных экосистемах  наибольшая. Быстрее оно протекает  на реках с быстрым течением и  густыми зарослями тростника, камыша и рогоза вдоль их берегов, особенно в лесостепной и степной зонах  страны. Полная смена воды в реках  занимает в среднем 16 суток, болотах - 5, озерах - 17 лет.

Уменьшение концентрации загрязняющих водные объекты неорганических веществ происходит путем нейтрализации  кислот и щелочей за счет естественной буферности природных вод, образования  труднорастворимых соединений, гидролиза, сорбции и осаждения. Концентрация органических веществ и их токсичность  снижаются вследствие химического  и биохимического окисления. Эти  природные способы самоочищения нашли отражение в принятых методах  очистки загрязненных вод в промышленности и сельском хозяйстве.

Для поддержания в водоемах и водотоках необходимого природного качества вод большое значение имеет  распространение водной растительности, которая выполняет в них роль своеобразного биофильтра. Высокую  очищающую способность водных растений широко используют на многих промышленных предприятиях как в нашей стране, так и за рубежом. Для этого  создают разнообразные искусственные  отстойники, в которых сажают озерную  и болотную растительность, хорошо очищающую загрязненные воды. 
В последние годы получила распространение искусственная аэрация - один из эффективных способов очищения загрязненных вод, когда процесс самоочищения резко сокращается при дефиците растворенного в воде кислорода. Для этого специальные аэраторы устанавливают в водоемах и водотоках или ан станциях аэрации перед сбросом загрязненных вод.

2.3.         Охрана водных ресурсов от загрязнения.

Охрана водных ресурсов заключается  в запрещении сброса в водоемы  и водотоки неочищенных вод, создании водоохранных зон, содействии процессам  самоочищения в водных объектах, сохранении и улучшении условий формирования поверхностного и подземного стока  на водосборах. 
Несколько десятилетий назад реки, благодаря самоочищающей функции, справлялись с очищением вод. Теперь же в наиболее обжитых районах страны в результате строительства новых городов и промышленных предприятий створы водопользования расположены столь плотно, что нередко места сброса сточных вод и водозаборы находятся практически рядом. Поэтому разработке и внедрению эффективных методов очистки и доочистки сточных вод, очистки и обезвреживания водопроводной воды уделяется все больше внимания. На некоторых предприятиях операции, связанные с водным хозяйством, играют все большую роль. Особенно высоки затраты на водоснабжение, очистку и отведение стоков в целлюлозно-бумажной, горнодобывающей и нефтехимической промышленности.

Последовательная очистка  сточных вод на современных предприятиях предполагает проведение первичной, механической очистки (удаляются легко осаждающиеся и всплывающие вещества) и вторичной, биологической (удаляются биологически разрушающиеся органические вещества). При этом осуществляются коагуляция - для осаждения взвешенных и коллоидных веществ, а также фосфора, адсорбция - с целью удаления растворенных органических веществ и электролиз - для снижения содержания растворенных веществ органического и минерального происхождения. Обеззараживание сточных  вод проводится посредством их хлорирования и озонирования. Важный элемент технологического процесса очистки - удаление и обеззараживание  образующегося осадка. В некоторых  случаях заключительной операцией  является дистилляция воды.

Наиболее совершенные  современные очистные сооружения обеспечивают освобождение сточных вод от органических загрязнений только на 85-90% и лишь в отдельных случаях - на 95%. Поэтому  и после очистки необходимо 6 -12-кратное, а часто и большее разбавление  их чистой водой для сохранения нормальной жизнедеятельности водных экосистем. Дело в том, что естественная самоочищающая  способность водоемов и водотоков  очень незначительна. Самоочищение наступает только в том случае, если сбрасываемые воды прошли полную очистку, а в водном объекте они  были разбавлены водой в соотношении 1:12-15. Если же в водоемы и водотоки сточные воды поступают в большом  объеме, а тем более и неочищенными, постепенно теряется устойчивое природное  равновесие водных экосистем, нарушается их нормальное функционирование.