ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рациональное использование и охрана водных ресурсов
Практическая работа из методического пособия
О.Д. Лукашевич, М.В. Колбек "Практические работы по экологии и охране окружающей среды" (с сокращениями)
Еще никому не удавалось найти более удачный вариант,
чем есть в природе (Л. Гумилев).
Качество жизни человека определяется, в числе прочих, такими категориями, как пища, тепло и холод, чистые воздух и вода, электрическая энергия, объем отходов жизнедеятельности. При этом роль воды как жизнеобеспечивающего фактора не ограничивается только хозяйственно-питьевым использованием. Можно уверенно сказать, что вода (особо чистая, техническая, минеральная, термальная, сточная и т.д.) участвует во всех производственных циклах, а значит, прямо или косвенно влияет на все категории, определяющие качество жизни.
Цель: углубление знаний об экологической роли воды, рациональном использовании и охране водных ресурсов.
Вода - важнейший и самый распространенный минерал на Земле. Гидросфера включает Мировой океан, моря, реки, озера, болота, пруды, водохранилища, полярные льды, горные ледники, почвенную влагу и атмосферные пары. Водные ресурсы слагаются из статических (вековых) запасов и возобновляемых ресурсов. Ежегодно в круговороте на поверхности Земли участвует более 1 млн км3 воды, что составляет около 0,1% объема вод активного водообмена. Циркуляция воды связана с механическим движением (потоки рек, океанические течения) и с изменением фазового состава, когда вода испаряется и переходит в атмосферу благодаря диффузионным конвективным потокам из поверхностных вод, почв и горных пород, растительности. При испарении воды происходит накопление ею энергии, которую она стремится вернуть, конденсируясь, и вода в виде осадков возвращается на Землю.
Задание 1: Обоснуйте значение воды, учитывая разные аспекты: Геологический фактор. Регулятор климата. Жизнь на Земле. Здоровье человека. Хозяйственная деятельность человека.
Водно-экологические проблемы в полной мере отражают кризисную экологическую ситуацию. С учетом темпов роста численности человечества (за период с 1975 по 2000 г. население земного шара увеличилось почти в 1,5 раза) и связанного с этим повышением общего расхода воды (суммарный расход воды в 1975 г. составлял 3000 км3, в 2000 г. - 6000 км3) можно ожидать превращения воды в стратегическое сырье, наличие которого будет определять развитие цивилизации.
Задание 2: Вспомните или найдите в справочной литературе значения физических и химических констант, отражающих такие характеристики воды: температура кипения и плавления, удельная теплоемкость, теплота испарения, плотность воды и льда, диэлектрическая проницаемость, размеры атомов Н и О, их электроотрицательность. Как связаны они с уникальностью свойств воды в природе?
Задание 3: Существует ли взаимосвязь между глобальным круговоротом воды и "парниковым эффектом"? Как эмиссия парниковых газов в атмосферу может влиять на гидрологический цикл?
Задание 4. Почему можно назвать воду самым драгоценным минералом?
Вот некоторые факты.
Для переработки нефти необходимо около 60 т воды, для приготовления 1 т условной тканевой продукции - 1100 т, синтетического волокна - 5000 т, для выращивания 1 т зерна - 2 т, 1 т риса - свыше 25 т.
Мировое потребление воды составляет сегодня столько же, сколько потребление остальных минеральных ресурсов. Удельное суточное потребление в России на душу населения, включающее нужды населения, нерациональное расходование, утечки и т.п. составляет 275...370 л. Для сравнения: в странах Евросоюза потребление воды находится в пределах 150...200 л в сутки на человека. Сюда входят: расход воды для питья и приготовления пищи - 5%, для туалета - 43%, душ и ванная - 34%, мытье посуды - 5%, уборка квартиры - 3%, прочие расходы, включая полив газонов и мытье машины - 5%.
Задание 5: Ресурсы пресной воды распределены неравномерно, и часто в районах с интенсивной хозяйственной деятельностью ее не хватает. Недостаток и истощение водных ресурсов, их загрязнение - серьезная экологическая проблема, связанная с рядом причин, главные из которых указаны ниже. Выберите из них те, которые, на ваш взгляд, актуальны для нашего региона. Какие меры могут улучшить ситуацию? (См. табл. 1)
Таблица 1.
| Причины истощения и загрязнения пресной воды | Актуальность для Западной Сибири | Проблема может быть решена на уровне |
||
| да | нет | общегосудар-ственном | региональ-ном | |
| Неравномерное распределение воды во времени и пространстве |
||||
| Рост потребления воды | ||||
| Потери воды при транспортировке и использовании |
||||
| Интенсивный отбор воды из водоисточника |
||||
| Разработка месторождений полезных ископаемых. Водоотлив из шахт, штолен |
||||
| Урбанизация территорий (жилая застройка, энергетические объекты, свалки отходов) |
||||
| Сброс сточных вод | ||||
| Сельскохозяйственная деятельность | ||||
| Загрязнение атмосферы | ||||
Деградация природных вод происходит, главным образом, из-за сброса в водоемы недостаточно очищенных или вовсе неочищенных сточных вод. Загрязнение природных сред имеет место также в результате рассеяния химических веществ, поступающих в почву и в атмосферу из твердых бытовых и промышленных отходов, с газовыми выбросами. Все эти вещества в результате миграционных процессов в конечном итоге оказываются в воде. При этом особую опасность представляют те химические соединения, которые трудно подвергаются разложению. Их накопление в воде и почве снижает способность последних к самоочищению, нарушая естественные ценозы микроорганизмов - минерализаторов.
В настоящее время известны более 2000 веществ, загрязняющих водоемы. Наиболее распространены нефть и нефтепродукты, поверхностно-активные вещества (в том числе синтетические моющие средства, широко используемые человеком), соли тяжелых металлов (свинца, железа, меди, ртути и др.). Вследствие сельскохозяйственной деятельности из почвы в поверхностные и грунтовые воды попадают удобрения, ядохимикаты (пестициды, гербициды). Наиболее опасными загрязнителями являются радиоактивные и биологически активные вещества.
Для оценки степени и характера загрязнения природных вод используют показатели, приведенные в табл. 2.
Таблица 2. Важнейшие показатели качества воды
| Группа показателей | Характеристика показателей |
| физические | Цвет, запах, мутность, прозрачность, температура |
| химические | Водородный показатель (рН), содержание растворенного кислорода, биохимическая потребность в кислороде (БПК), окисляемость, содержание азота (аммония, нитратов, нитритов), общее солесодержание, концентрации анионов (хлориды, сульфаты, фосфаты) и катионов. |
| бактериологические | Бактерии группы кишечной палочки, наличие патогенных микроорганизмов |
| гидробиологические | Видовой состав гидробионтов, соотношение сапробных и олигосапробных организмов |
Чтобы установить уровень загрязнения водоема, оценить возможность использования воды для питьевого водоснабжения используется такая количественная характеристика, как предельно допустимая концентрация (ПДК). ПДК - максимальное количество вредного вещества в единице объема или массы, которое при ежедневном воздействии в течение неограниченного времени не вызывает болезненных изменений в организме и неблагоприятных наследственных изменений у потомства
Для каждого загрязнителя воды ПДК устанавливается законодательно такими государственными документами, как ГОСТ или Санитарные правила и нормы (СанПиН). Используются и Международные стандарты ИСО (ISO). Самые строгие ПДК предъявляются к воде рыбохозяйственных водоемов и к воде, предназначенной для хозяйственно-питьевого использования.
Задание 6: Проиллюстрируйте приведенный ниже текст известными вам примерами загрязнения природных вод.
Загрязнитель - любой природный или антропогенный физический, химический или биологический агент, попадающий в окружающую среду или возникающий в ней в количествах, превышающих рамки обычного наличия - предельных естественных колебаний или среднего природного фона.
Загрязнение - привнесение в среду или возникновение в ней любых загрязнителей.
Задание 7: О каких типах загрязнения идет речь в тексте:
Электростанции, промышленные предприятия часто сбрасывают подогретую воду в водоем. Это приводит к повышению в нем температуры воды. С повышением температуры в водоеме уменьшается количество кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие. В загрязненной воде с повышением температуры начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут вызвать вспышки различных заболеваний.
Человек использует для хозяйственно-бытовых и производственных нужд (включая сельское хозяйство) ту ничтожную часть запасов пресной воды (0,3%), которая сосредоточена в реках, озерах и подземных месторождениях вод. Традиционно большее применение находили доступные поверхностные и грунтовые воды. Меньшая часть населения использовала подземные водоисточники. Однако к середине ХХ века экологически благополучные водоемы и водотоки стали редкостью.
Задание 8: Объясните, почему поверхностные воды более подвержены загрязнению, чем подземные.
Подземные воды считаются наиболее чистыми. Но в настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека многие источники подземной воды также подвергаются истощению и загрязнению. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них стала непригодной для питья. Качество воды большинства водных объектов не отвечает нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод обнаруживают тенденцию увеличения числа створов с высоким уровнем загрязненности (более 10 ПДК) и числа случаев экстремально высокого содержания (свыше 100 ПДК) загрязняющих веществ в водных объектах.
Состояние водных источников и систем централизованного водоснабжения не может гарантировать требуемого качества питьевой воды, а в ряде регионов (Южный Урал, Кузбасс, некоторые территории Севера) это состояние достигло опасного уровня для здоровья человека. Службы санитарно-эпидемиологического надзора постоянно отмечают высокое загрязнение поверхностных вод.
Около 1/3 всей массы загрязняющих веществ вносится в водоисточники с поверхностным и ливневым стоком с территорий санитарно неблагоустроенных мест, сельскохозяйственных объектов и угодий, что влияет на сезонное, в период весеннего паводка, ухудшение качества питьевой воды, ежегодно отмечаемое в крупных городах. В связи с этим проводится гиперхлорирование воды, что, однако, небезопасно для здоровья населения в связи с образованием хлорорганических соединений.
Одним из основных загрязнителей поверхностных вод является нефть и нефтепродукты. Нефть может попадать в воду в результате естественных ее выходов в районах залегания. Но основные источники загрязнения связаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья.
Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и живые организмы занимают токсичные синтетические вещества. Они находят все более широкое применение в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5-15 мг/л при ПДК - 0,1 мг/л. Эти вещества могут образовывать в водоёмах слой пены, особенно хорошо заметный на порогах, перекатах, шлюзах. Способность к пенообразованию у этих веществ появляется уже при концентрации 1-2 мг/л. Из-за неспособности микроорганизмов разрушать многие синтетические вещества самоочищение водоемов происходит очень медленно.
Задание 9: Эвтрофирование (эвтрофикация) вод - повышение уровня первичной продуктивности водоемов из-за повышения концентрации в них биогенных веществ (N, Р), часто приводит к цветению вод. Известны ли вам случаи эвтрофирования? Приведите пример, используя свои наблюдения или литературные сведения.
Задание 10: В табл. 3 приведены результаты химических анализов воды из водоисточников. Оцените пригодность указанных преподавателем проб воды для питья на основании сравнения этих результатов и нормативных значений, указанных в табл. 4 и 5.
Таблица 3. Результаты анализа воды в источниках водоснабжения
| № | Показатели качества, единицы измерения |
проба 1 | проба 2 | проба 3 |
| 1 | Коли-титр | >3 | 10 | >3 |
| 2 | Коли-индекс | <333 | 250 | <333 |
| 3 | Общее микробное число | 0 | 100 | 0 |
| 4 | Цветность, градусы | 26,5 | 53 | 22,0 |
| 5 | Мутность, мг/дм3 | 4,7 | 22 | 2,84 |
| 6 | рН | 7,27 | 7,6 | 7,3 |
| 7 | Калий + натрий мг/дм3 | 3,8+13,9 | 4,0+15,0 | 3,8 + 13,9 |
| 8 | Окисляемость перманганатная, мгО/дм3 | 0,86 | 10,2 | 1,06 |
| 9 | Азот аммонийный, мг/дм3 | 0,658 | 1,879 | 0,670 |
| 10 | Сульфаты, мг/дм3 | <1 | 126 | <1 |
| 11 | Железо, мг/дм3 | 1,08 | 0,88 | 0,42 |
| 12 | Марганец, мг/дм3 | 0,15 | 0,05 | 0,15 |
| 13 | Сухой остаток, мг/дм3 | 335,6 | 234,0 | 340,0 |
| 14 | Кремниевая к-та, мг/дм3 | 17,75 | 9,88 | 19,25 |
| 15 | Кальций, мг/дм3 | 96,19 | 90,18 | |
| 16 | Магний, мг/дм3 | 25,54 | 196,46 | |
| 17 | Гидрокарбонаты, мг/дм3 | 450,3 | 457,7 | |
| 18 | Карбонаты, мг/дм3 | 0 | 0 | |
| 19 | Цинк, мг/дм3 | <0,0007 | <0,0007 | |
| 20 | Медь, мг/дм3 | <0,0016 | <0,0156 | |
| 21 | Свинец, мг/дм3 | 0,0038 | 0,0074 | |
| 22 | Алюминий, мг/дм3 | 0,072 | 0,072 | |
| 23 | Хлориды, мг/дм3 | 2,4 | 48 | 3,8 |
| 24 | Фториды, мг/дм3 | 0,093 | 0,075 |
Таблица 4. Сравнительная характеристика отечественных и зарубежных показателей состава и свойств воды, предназначенной для питьевого использования (органолептические, обобщенные показатели, неорганические вещества, показатели радиоактивности)
| Показатели качества воды |
Единицы измерения | СССР СаНПиН 4630-88 |
РФ СаНПиН 2.1.4. 1074-01 | ЕС Директива Совета ЕС 98/83 от 03.11.98 | ВОЗ Нормативы для питьевой воды |
Органолептические показатели |
|||||
| Запах | балл | <= 1 | <= 2 | - | - |
| Вкус | балл | - | <= 2 | - | - |
| Цветность | градус | не должна проявляться в столбике воды 20 см | 20 | 20 | 15 |
| Содержание взвешенных веществ | единицы мутн., мг/дм3 |
- | 2,6 (3,5) 1,5 (2) | 4 | 5 |
Обобщенные показатели |
|||||
| Водородный показатель | единицы рН | 6,5…8,5 | 6,0…9,0 | 6,5…8,5 | 6,5…8,5 |
| Общая минерализация (сухой остаток), соответствует содержанию солей | мг/дм3 | 1000 (1500) | 1000 | 1500 | 1000 |
| Жесткость общая |
ммоль/дм3 (мг-экв./л) |
- | 7,0 (10,0) | 1,2 | - |
| Окисляемость перманганатная | мгО/дм3 | - | 5,0 | 5,0 | - |
| Щелочность | мг/дм3 | - | - | 30,0 | - |
| Нефтепродукты (суммарно) | мг/дм3 | 0,1 | |||
| Поверхностно-активные вещества, анионактивные (АПАВ) | мг/дм3 | 0,5 | |||
| Фенольный индекс | мг/дм3 | 0,25 | |||
Неорганические вещества |
|||||
| Алюминий (Аl3+ ) | мг/дм3 | 0,5 | 0,5 | 0,2 | 0,2 |
| Барий | мг/дм3 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,7 |
| Бериллий | мг/дм3 | 0,0002 | 0,0002 | - | - |
| Бор | мг/дм3 | 0,5 | 0,5 | 1,0 | 0,3 |
| Ванадий | мг/дм3 | 0,1 | 0,1 | - | - |
| Висмут | мг/дм3 | 0.1 | 0,1 | - | - |
| Вольфрам | мг/дм3 | 0,05 | 0,05 | - | - |
| Железо | мг/дм3 | 0,3 | 0,3 | 0,2 | 0,3 |
| Кадмий | мг/дм3 | 0,001 | 0,001 | 0,005 | 0,003 |
| Калий | мг/дм3 | - | - | 12,0 | - |
| Кальций | мг/дм3 | - | - | 100,0 | - |
| Кобальт | мг/дм3 | 0,1 | 0,1 | - | - |
| Кремний | мг/дм3 | 10,0 | 10,0 | - | - |
| Литий | мг/дм3 | 0,03 | 0,03 | - | - |
| Магний | мг/дм3 | - | - | 50,0 | - |
| Марганец | мг/дм3 | 0,1 | 0,1 | 0,05 | 0,5 (0,1) |
| Медь | мг/дм3 | 1,0 | 1,0 | 2,0 | 2,0 (1,0) |
| Молибден | мг/дм3 | 0,25 | 0,25 | - | 0,07 |
| Мышьяк | мг/дм3 | 0,05 | 0,05 | 0,01 | 0,01 |
| Натрий | мг/дм3 | 200 | 200 | 200 | 200 |
| Никель | мг/дм3 | 0,1 | 0,1 | 0,02 | 0,02 |
| Нитраты | мг/дм3 | 45,0 | 45,0 | 50,0 | 50,0 |
| Нитриты | мг/дм3 | 3,3 | 3,0 | 0,5 | 3,0 |
| Ртуть | мг/дм3 | 0,0005 | 0,0005 | 0,001 | 0,001 |
| Свинец | мг/дм3 | 0,03 | 0,03 | 0,01 | 0,01 |
| Селен | мг/дм3 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 |
| Серебро | мг/дм3 | 0,05 | 0,05 | 0,01 | - |
| Сероводород (Н2S) | мг/дм3 | - | 0,03 | - | 0,05 |
| Стронций ( 88Sr+2 и другие стабильные изотопы) |
мг/дм3 | 7,0 | 7,0 | - | - |
| Сульфаты | мг/дм3 | 500 | |||
| Сурьма | мг/дм3 | 0,05 | 0,05 | 0,006 | 0,005 |
| Таллий | мг/дм3 | 0,0001 | 0,0001 | - | - |
| Теллур | мг/дм3 | 0,01 | 0,01 | - | - |
| Фториды | мг/дм3 | 0,7…1,2 | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
| Хлориды | мг/дм3 | 350 | |||
| Хром (Сr+3) | мг/дм3 | 0,5 | 0,5 | - | - |
| Хром (Сr+6) | мг/дм3 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 |
| Цианиды (СN-) | мг/дм3 | 0,1 | 0,035 | 0,05 | 0,07 |
| Цинк (Zn+2) | мг/дм3 | 1,0 | 5,0 | 5,0 | 3,0 |
Показатели радиоактивности |
|||||
| Общая альфа-радиоактивность | Бк/дм3 | - | 0,1 | 0,1 | |
| Общая бета- радиоактивность | Бк/дм3 | - | 1,0 | 1,0 | |
Таблица 5. Микробиологические и паразитологические показатели воды, предназначенной для питьевого использования
| Показатели качества воды |
Единицы измерения | РФ СаНПиН 2.1.4. 1074-01 |
ЕС Директива Совета ЕС 98/83 от 03.11.98 | ВОЗ Нормативы для питьевой воды |
Микробиологические и паразитологические показатели |
||||
| Термотолерант- ные колиформные бактерии |
число бактерий в 100мл воды |
отсутствие | отсутствие | отсутствие |
| Общие колиформные бактерии |
число бактерий в 100 мл воды |
отсутствие | отсутствие | отсутствие |
| Общее микробное число | число образующих колонии бактерий в 1 мл |
не более 50 | ||
| Число патогенных микроорганизмов | кол-во колоний, которые образуют бактерии, в 1 мл | - | отсутствие | отсутствие |
| Колифаги* | число бляшкообразующих единиц (БОЕ) в 100 мл | отсутствие | - | - |
| Споры сульфит-редуцирующих клостридий** | число спор в 20 мл | отсутствие | <1 в 100 дм 3 | |
| Цисты лямблий* | число цист в 50 л | отсутствие | ||
| Число патогенных кишечных простей- ших (кроме цист лямблий, крипто-споридий и др.) |
кол-во колоний, которые образуют бактерии, в 25 л | отсутствие | - | - |
| Число кишечных гельминтов (яиц и личинок) |
кол-во колоний, которые образуют бактерии, в 25 л | отсутствие | - | - |
** Определение проводится при оценке эффективности технологии обработки воды.
С целью кардинального улучшения питьевого водоснабжения в России принята Федеральная Программа "Питьевая вода". Ее реализация на территории страны осуществляется во всех субъектах федерации. Для обеспечения населения Томской области качественной питьевой водой разработана целевая программа "Питьевая вода" на 2000-2010 гг., где общая стратегия и приоритетные направления водохозяйственной политики определены на основе анализа и обобщения данных о состоянии питьевого водоснабжения на территории Томской области. Основная роль в водоснабжении в программе отводится подземным водам, большинство которых относится к 2 классу источников водоснабжения. Предполагается, что в процессе реализации программы должна быть создана система управления, комплексного подхода к решению задач в неразрывной цепи "водоисточник - водоподготовка - транспортировка воды - локальная водоочистка - потребитель". Для этого предусматривается использование ассигнований из федерального, областного и местного бюджетов, целевых фондов, средств предприятий, учреждений и организаций, кредитных ресурсов, привлечение частного капитала.
Задание 11: Какие бы вы предложили мероприятия для улучшения водоснабжения:
- в вашем доме?
- в населенном пункте, в котором родились?
- в России?
- на Евразийском континенте?