Кваліфікаційна робота
Екологічний стан р. Південний Буг. Характеристика та заходи щодо його поліпшення
Вступ
В умовах науково-технічного прогресу, коли діяльність людини набула справді планетарних масштабів, проблема раціонального використання природних ресурсів, їх відтворення і охорони стає однією з найактуальніших проблем сучасності.
Ця проблема пов’язана з погіршенням якості навколишнього середовища внаслідок індустріалізації та урбанізації його способу життя, виснажування традиційних легкодоступних джерел сировини і енергетичних ресурсів та ін.
Негативні результати антропогенного впливу є неминучим наслідком погіршення розвитку суспільства. Зазвичай, погіршення природного середовища пов’язане з помилками у технічній і екологічній політиці, недостатнім рівнем технічного розвитку.
Під час аналізу сучасної екологічної ситуації необхідно усвідомити, що людина сьогодні не може і не повинна радикально втручатися в природу, не враховуючи можливих негативних наслідків своєї господарської діяльності.
Проблема взаємодії людина-природа разом із екологічним, соціально-політичним має техніко-економічний аспект. Він полягає у раціональному виборі технології промислових процесів, технічних засобів, які забезпечують реалізацію природоохоронних заходів з найменшими матеріальними і фінансовими витратами.
Такі процеси називають екологічними або безвідходними технологіями. Одним із головних напрямків розвитку технологій на сучасному етапі є створення різних видів безстічних технологічних систем на базі існуючих і перспективних методів очистки води. Це зумовлено тим, що в зв’язку із зростанням населення і розширенням виробничої діяльності збільшується потреби у прісній воді. На сьогодні вони досягли таких масштабів, що в розвинених промислових районах виникла гостра проблема нестачі прісної води.
Основними причинами цієї нестачі є:
– збільшення потреб уводі;
– скорочення водності річок;
– забруднення поверхневих та підземних вод стічними відходами.
Забруднення водойм промисловими і побутовими стоками особливо позначається на дефіциті та якості споживчих властивостей прісної води. Забруднена вода непридатна для використання у господарстві та побуті, а на її очищення потрібні великі матеріальні фінансові витрати.
Найважливішими шляхами охорони внутрішніх водоймищ є боротьба із забрудненням, тобто запобігання йому, очищення стічних вод і раціональне використання водних ресурсів.
Україна була і залишається одним з найменш водозабезпечених регіонів Європи. Дефіцит водних ресурсів покривається частково за рахунок транзитного річкового стоку та каналів і водоводів, які виконують функції міжбасейнового перерозподілу. Створення великих водосховищ на Дніпрі з метою забезпечення електроенергією та водою промислових центрів Криворіжжя і Донбасу, а також зрошення сільгоспугідь Причорномор’я і Криму себе не виправдало і призвело до негативних екологічних наслідків. Було затоплено і виведено із сільськогосподарського обігу понад 500 тис. гектарів родючих земель; близько 100 тис. гектарів прилеглих до водосховищ земель опинились у зоні підтоплення, а вироблення електроенергії гідроелектростанціями дніпровського каскаду становило менш ніж 4 відсотки загальнодержавного обсягу. Масовими стали явища “цвітіння» води і руйнування берегів. Стан екосистем Чорного й Азовського морів є передкризовим саме через забруднення акваторій промисловими і комунальними стоками з “гарячих точок» прибережної зони та забрудненого стоку таких річок як Дунай, Дніпро, Дністер, Південний Буг і Дон.
Отже на сьогоднішній день в Україні і в тому числі у м. Вінниця, питання забезпеченості якісною питною водою населення не вирішене та остається актуальним.
1. Загальні екологічні відомості про водні ресурси
1.1 Вода як екологічний фактор
Вода, що є на Землі, утворилася внаслідок виділення газів із магми. Вона також може виділятися під час перебігу біохімічних процесів, мінералізації органічної речовини, фотосинтезу та окисно-відновних реакцій.
Вода складається з молекул, в яких два атоми водню зв’язані з одним атомом кисню ковалентним зв’язком, і які розташовані у кутах 1040. Завдяки високому, порівняно з воднем (+1), заряду ядра кисню (+8) електрони притягуються до ядра атома кисню сильніше, ніж до ядер атомів водню (модель частинок): центри мас зарядів не збігаються, молекула є постійним диполем. Який може взаємодіяти з носіями позитивних і негативних зарядів.
Диполі молекул води можуть сполучатися між собою водневим зв’язком, на розривання (дисоціацію) яких потрібно затратити 20-42 ккал/моль енергії (ентальпія дисоціації). Молекули води можуть, не сполучатись скупчуватись в асоціати (рідка вода) або утворювати тетраедричні чи циклічні основні одиниці кристалів при 0-40С утворюються асоціати приблизно з 90, а при +700С – з 25 молекул, які постійно формуються і розпадаються [1].
В температурних умовах земної поверхні вода одночасно перебуває у газоподібному і рідкому агрегатному стані. Рідка вода використовується живими організмами як засіб транспортування тепла та поживних речовин по провідних тканинах (шляхах) рослин та кровоносних судинах; вона утворює акватичні життєві простори.
Оскільки вміст СО2 часто є фактором, що обмежує продукуючі процеси у водоймах, то вода визначає продуктивність землі.
Завдяки полярності вода є дуже добрим розчинником для багатьох груп речовин. На розчинну здатність води впливає її здатність до дисоціації:
2Н2О = Н3О+ + ОН– (амфоліт)
вона вступає в хімічну реакцію як кислота (донор протонів), якщо вона приєднує протони, наприклад: Н2О + НСІ = Н3О+ + СІ–.
вона реагує як основа (акцептор протонів); якщо молекула може вступати в реакцію як кислота і як основа, її називають амфотерною.
Вода добре розчиняє полярні речовини, а саме солі (гідрофільна дія), здебільшого з утворенням іонів, неполярні – гірше або як жири, взагалі не розчиняє (гідрофобна дія). Розчинність газів, які не вступають у хімічні реакції з водою, залежить від температури та тиску, наприклад вміст кисню в озері, як правило, збільшується зверху вниз. Для стоячих водойм має значення аномалія густини. Вода при 4оС має найбільшу густину, за нижчої температури густина зменшується. Отже, найхолодніший шар води з температурою 0–40С – на поверхні, де при подальшому охолодженні утворюється лід, який завдяки просторовій кристалічній гранці за ще меншої густини може плавати [2].
Замерзання зверху вниз дає змогу рибам у досить глибоких озерах вижити в решті води. На густину води впливають також вміст солей і тиск. Так, густіша солона вода дає змогу планктону краще триматись на плаву, ніж бідна на іони вода оліготрофних озер. Вода має велику питому темплоємність: 4,187 кДж/ (К·кг); тобто потрібно 4,187 кДж, щоб 1 кг води за нормального тиску нагріти на 1 К (=10С). теплота плавлення льоду становить 333,7 кДж/кг, теплота випаровування води, яка вивільнюється як теплота конденсації у разі скраплення пари, – 2255 кДж/кг. Завдяки високій теплоємності вода може нагромаджувати великі кількості тепла і, на противагу земним умовам, створює відносно стабільний у тепловому відношенні життєвий простір.
Вода має високу густину і поверхневий натяг, які залежать від температури та тиску. Густина протидіє руху у воді й допомагає планктону триматись, не падаючи на дно. Поверхневий натяг проявляється когезійними силами між молекулами води в суміжних з повітрям областях, виникає так звана поверхнева плівка. Важливою властивістю води для біоценозів водойм є її прозорість.
Вода є життєво необхідною для процесів обміну у клітинах. Це ідеальний розчинник для органічних і неорганічних речовин. Під час розчинення солі дисоціюють на окремі іони, кислоти – лише частково. Легко розчинні у воді речовини наприклад солі, цукор, амінокислоти, яєчні білки, називають гідрофільними, речовини, які важко або зовсім не розчиняються, наприклад жири – гідрофобними.
Розчинні молекули поводять себе у воді як молекули газу, які змішуються з іншими газами. Частинки знаходяться у постійному русі (броунівський молекулярний рух). Швидкість руху залежить від надходження тепла й збільшується з підвищенням температури. Якщо в одному просторі концентрація молекул різна, то з часом ця різниця вирівнюється: більше молекул рухається від місця з більшою концентрацією до місця з меншою концентрацією. Це фізичне вирівнювання концентрацій називається дифузією й не потребує підведення тепла. Воно залежить від величини молекул, від різниці концентрацій, від перетину, через який молекули можуть переміщатись, відстані та часу. Невеликі відстані перекриваються завдяки дифузії дуже швидко, більші – повільніше. Тому дуже малі тварини (шлях дифузії <1 мм) не потребують кровоносної системи для транспортування газів чи поживних речовин. За допомогою клітинних мембран або оболонки тіла найрізноманітнішої структури та матеріалу живі організми відмежовують себе від їх оточення і підтримують постійне внутрішнє середовище. Клітинна мембрана напівпроникна, тобто вона проникна лише для певних молекул (наприклад води), а для інших непроникна (наприклад солі, цукор) [3].
Якщо два об’єми з різними концентраціями розділити напівпроникною мембраною, розрідження розчиненої речовини шляхом дифузії стане неможливим, воно може відбуватися лише через проникнення води (осмос). Завдяки, броунівському молекулярному руху об’єм з нижчою концентрацією залишає більше молекул води (гіпотонічний розчин), ніж об’єм з вищою концентрацією (гіпертонічний розчин). Внаслідок цього підвищується тиск у гіпертонічному об’ємі, який можна виміряти, наприклад через різницю висоти водяного стовпа (гідростатичний тиск). Тиск, який треба протиставити проникаючим молекулам води, поки число молекул, що входять, зрівняється з числом молекул, що виходять, є потенційним осмотичним тиском. Він вказується в паскалях. Осмос і дифузія – це пасивні процеси транспортування через мембрану, які не вимагають від організму енергії. Проте жива клітина має бути здатною регулювати свій об’єм, водневий потенціал та склад іонів, щоб забезпечити умови для діяльності ферментів. Необхідно, щоб вона могла накопичувати молекули з навколишнього середовища та виділяти отруйні речовини. Транспортування проходить через ферментні білкові молекули (переносники, або пермеази), які знаходяться у мембрані. Останні розпізнають молекули, які потрібно транспортувати, за принципом ключа та замка за формою або розподілом зарядів. Швидкість транспортування залежить від числа переносників у мембрані та від вільних місць на них. При перепаді концентрацій транспортування може проходити спонтанно (пасивне транспортування). Для вирівнювання концентрацій необхідно виконати роботу. Це транспортування потребує енергії, яку одержує у вигляді хімічної енергії, як АТФ з обміну речовин: активне транспортування. Рослини навколо своїх клітинних мембран мають еластичні стінки, які під час поглинання води вакуолями та клітиною плазмою протидіють тиску (тургорний тиск) і не дають клітині розтріскатись.