Методические особенности изучения темы Гидросфера в курсе дисциплин естественно-научного цикла (стр. 3 из 10)
Пресную воду используют на промышленных предприятиях, много ее потребляет сельскохозяйственное производство, вода питьевого качества расходуется на коммунально-бытовые нужды населения. Потребление пресной воды в мире и в России показано на диаграмме (рис. 2).
2.6.2 Водопотребление промышленными предприятиями
Расход воды на нужды промышленного производства очень велик. Вода – компонент большинства промышленных технологий и энергетических установок. Например, для выплавки 1 т чугуна, переработки его в сталь и прокат потребляется до 300 м3 воды, а для получения цветных металлов – еще больше (например, для получения 1 т меди – 500 м3, 1 т никеля – почти 4000 м3 чистой пресной воды).
Высока водоемкость отраслей химической промышленности, производящих каучук, капрон и другие синтетические материалы.
Добыча нефти и подавляющее большинство нефтехимических процессов ее переработки связаны с использованием больших объемов воды. Известно, что всего 30 % нефти поступает в скважины самотеком, дальнейшая добыча возможна лишь при закачивании в соседнюю скважину пара или воды. Объем воды, используемой при российской технологии нефтедобычи, очень велик: более 1000 млн. м3 в год. Одновременно происходит значительное загрязнение поверхностных водоемов из-за сброса предприятиями нефтедобычи сточных вод, более половины которых не очищены. На нефтеперерабатывающих заводах, работающих по старой технологии, расходуется до 10-15 м3 воды на 1 т перерабатываемой нефти. По мере совершенствования технологических процессов этот расход воды сокращается: на заводах, построенных в 60-е гг., он достигает 1 м3/т, а на современных предприятиях – 0,5-0,8 м3/т.
Очень водоемки технологические процессы в угольной промышленности – гидродобыча угля в гидрошахтах и гидромеханизированные вскрышки на разрезах, а также мокрое обогащение угля на обогатительных фабриках. Средний объем водопотребления объектами угольной промышленности в России составляет более 3000 млн. м3 в год, при этом предприятия отрасли сбрасывают в поверхностные водоемы загрязненную воду (81 % всех промышленных сточных вод, требующих очистки) с большим содержанием вредных, в том числе и канцерогенных, веществ и элементов. Отметим, что сброс в поверхностные водоемы шахтных вод, которые также загрязнены, вообще не предусматривает их очистки.
Велик расход воды непосредственно на электроэнергетических установках – ТЭС и АЭС: в среднем для получения 1 кВт × ч электроэнергии требуется до 200 м3 воды. Объемы используемой воды можно рассчитать, зная цифровое значение вырабатываемой в стране электроэнергии (например, ежегодная выработка электроэнергии в России составляет около 1000 мдрд кВт×ч). В целом расход воды при работе тепловых и атомных электростанций соответствует стокам крупных рек.
2.6.3 Водопотребление в сельском хозяйстве
Крупный потребитель пресной воды – сельское хозяйство. Орошение – одно из средств увеличения объема сельскохозяйственной продукции, поскольку для выращивания зеленой массы, цветения и плодоношения растениям требуется очень много воды. Так, для получения 1 кг зеленой массы растение расходует на транспирацию от 200 до 1000 м3 воды. Для орошения 1 га зерновых полей в среднем необходимо около 1000 м3 воды, 1 га рисовых полей – от 8000 до 12000 м3 воды. В связи с ростом населения в тех регионах, в которых рис – основная сельскохозяйственная культура, там расширяются площади орошаемых земель. В настоящее время во всем мире орошается почти 300 млн. га земли и 60 % мирового водозабора затрачивается на орошение.
Еще одна из причин сокращения запасов пресной воды – уменьшение водоносности рек, связанное с вырубкой лесов и осушением болот.
Строительство плотин на равнинных реках и водохранилищ при ГЭС приводит к итоге не к пополнению запасов воды, а к их уменьшению. Вода водохранилищ заболачивается, прилегающие к ним земли засоляются, снижается их плодородность, и как следствие возрастают расходы воды на производство сельскохозяйственной продукции и затраты на восстановление почвы.
2.6.4 Водопотребление в жилищно-коммунальном хозяйстве
Как следует из диаграммы (рис. 3), расходы на хозяйственно-питьевое снабжение населения России почти в 3 раза превышают соответствующий мировой показатель. Установленная ВОЗ норма расхода воды на одного городского жителя составляет 200 л/сут. Расход воды на одного жителя в Лондоне равен 170 л/сут, в Париже – 160 л/сут.
По данным Госкомстата России, при среднем уровне удельного водопотребления (на одного человека) в Российской Федерации на хозяйственно-питьевые и коммунально-бытовые нужды, равном 272 л/сут, в Москве этот показатель составляет 539 л/сут, в Челябинской области – 369 л/сут, Магаданской – 359 л/сут, Камчатской – 353 л/сут.
2.6.5 Техногенное загрязнение поверхностных вод
Одна из главных причин дефицита пресной воды на Земле – ее загрязнение. Аномальные свойства воды определяют потенциальную возможность накопления в ней самых разнообразных загрязняющих веществ, в том числе патогенных микроорганизмов.
Рассмотрим ситуацию с загрязнением поверхностных водоемов суши в России. Экологический мониторинг состояния окружающей природной среды в Российской Федерации отмечает, что качество воды большинства водных объектов не отвечает нормативным требованиям; объемы нормативно очищенных сточных вод, поступающих в поверхностные водоемы, не превышают 10 % от общего объема сточных вод в эти природные объекты.
По отдельным речным объектам ситуация критическая. Около 1/3 населения России использует для питья воду из естественных источников (главным образом из рек) без прохождения ее через очистные сооружения. О качестве такой воды можно судить по ситуации со сбросом загрязненных вод в бассейны Кубань, Енисей, Волга (рис. 3).
Кубань: ежегодный забор воды из реки на все нужды составляет 1,8 км3, или 74 % от среднемноголетнего годового стока, при этом 100 % сброса сточных вод в реку загрязненные.
Енисей: среднегодовой объем сброшенных вод составляет 3,9 км3, из этого объема требуют очистки 2,34 км3, а объем неочищенных и недостаточно очищенных сброшенных вод составляет 2,329 км3, т.е. очищены до нормативных показателей менее 0,5 %.
Рис. 3. Сброс загрязненных вод в бассейны рек России, км3 [9, 10]
Волга: среднегодовой забор свежей воды составляет 41 % от водозабора в России, или 14 % от годового речного стока бассейна реки. Объем сброшенных вод после промышленного, сельскохозяйственного и бытового использования – 22 км3, почти половина его (10,6 км3) – загрязненные воды, не отвечающие требованиям по санитарно-химическим и бактериологическим показателям, содержащие вредные вещества (фенолы, нефтепродукты, канцерогенные тяжелые металлы, пестициды и др.). Объем загрязненных сточных вод, сбрасываемых в бассейн Волги, составляет в последнее время более 30 % от общего объема сточных вод, образующихся на территории России. Бассейн Волги – источник питьевого водоснабжения плотно населенного региона европейской части России, но эффективность очистных сооружений здесь крайне низкая. Забор воды в деревнях и поселках идет непосредственно из реки, минуя всякие очистные сооружения. Каскад водохранилищ вдоль реки резко замедлил скорость течения воды, снизил ее способность к самоочищению. Уровень загрязнения воды волжских водохранилищ в течение ряда лет остается достаточно высоким, качество воды оценивается от «загрязненной» до «чрезвычайно загрязненной» (термины экологической экспертизы).
В целом по России из всего объема сточных вод, поступающих через коммунальные сети в поверхностные водные объекты, более 90 % сбрасываются загрязненными из-за крайне неудовлетворительного технического состояния действующих систем водоснабжения и канализации: 60 % очистных сооружений перегружены, 40 % сооружений эксплуатируются более 25 лет и требуют срочной реконструкции.
Как показывает эколого-геохимическое картирование, изменение химического состава природных вод за счет антропогенных стоков в ряде промышленно урбанизированных и сельскохозяйственных регионов в России настолько значительно, что эти воды приобрели резко аномальные геохимические свойства. В связи с этим подземные воды становятся практически единственным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения. Однако положение с этим источником чистой воды усугубляется тем, что пригодные для питья, культурно-бытовых нужд и для многих отраслей промышленности и сельскохозяйственного производства подземные воды залегают в верхней части артезианских бассейнов и других геологических структур, наиболее подверженных загрязнению.
Опасный вид загрязнения водоемов – стоки, несущие тепловое загрязнение, даже если в них нет химических загрязнителей. Такая теплая вода поступает в водоемы из систем охлаждения, например, ТЭС и ТЭЦ. Концентрация растворенного в воде кислорода – лимитирующего фактора для биоценозов (сообществ живых организмов) водных экосистем – с повышением температуры воды понижается.
Исследования, проведенные за рубежом и в России, выявили положительную корреляционную связь между степенью загрязнения питьевой воды и здоровьем человека. По данным Всемирной организации здравоохранения, употребление питьевой воды, загрязненной нитратами и нитритами, канцерогенными ионами тяжелых металлов, радионуклидами и другими вредными веществами, стало причиной 40 % заболеваний людей, а основная причина большинства эпидемий – употребление воды, зараженной вирусами и микробами.