Загрязнение гидросферы

В последние годы существенно обострились проблемы, свя­занные с загрязнением воды. Чистая вода становится поистине дефицитнейшим веществом. Внимание всех стран мира к вопро­сам охраны гидросферы подтверждается и тем фактом, что по инициативе ООН десятилетие 1981-1990 гг. было объявлено десятилетием питьевой воды. Ученые считают, что к 2000 г. по­требление пресной воды на Земле увеличится в пять раз. К это­му следует добавить, что для обеспечения нормального сущест­вования, человек должен вводить воды в организм примерно в 2 раза больше по массе, чем питательных веществ.

На поверхности суши ежегодно выпадает примерно 1 20000 км³ пресной воды в виде дождя, снега, града. Из этого количества 32000 км³ воды попадает в ручьи, реки, моря и океа­ны, а большая часть оставшейся воды частично испаряется, часть ее остается в растительном и животном мире, другая часть пополняет подземные запасы вод. По расчетам специали­стов, в составе мантии Земли воды содержится в 1 0-1 2 раз больше, чем в Мировом океане.

В атмосфере находится примерно 0,0005% общего запаса свободной воды, причем 86% ее поступает за счет испарений с поверхности океанов и морей, 14% - с поверхности суши. Каза­лось бы, воды на Земле достаточно, однако запасы пресной во­ды распределены на ней далеко не равномерно, причем многие резервуары ее уже сейчас сильно загрязнены. Ряд стран в на­стоящее время подходит к исчерпанию своих водных запасов.

Главной причиной истощения водных ресурсов является сброс неочищенных промышленных и сельскохозяйственных стоков в общие источники и резервуары с чистой водой. По рас­четам в 2000 г. потребление воды в мире на промышленные и бытовые нужды составило 23400 км³/год, что приведело к такому же увеличению объема поступающих в океан загрязненных вод.

Загрязнение воды представляет собой целый комплекс про­блем. Одна из них - загрязнение даже очень малыми количест­вами токсичных веществ. Особую опасность в этом плане пред­ставляют соединения свинца, используемые, в частности, как присадки к бензину, соединения ртути, оказывающие чрезвычай­но сильное разрушительное действие на живые организмы. Для разложения некоторых веществ, попавших в воду, требуется ки­слород, что приводит к уменьшению его содержания в воде. На­пример, для полного окисления 1 г углерода необходимо 2,67 г кислорода, т.е. весь кислород, содержащийся в 300 л воды при 20 ⁰С. На полное окисление 1 л нефти требуется столько кисло­рода, сколько его содержится в 400000 л воды. Чтобы полностью обезвредить все нефтяные загрязнения, попадающие за год в океан, потребуется примерно 7^.1 0⁹ м³ чистой морской воды.

Совершенно ясно, что сброс неочищенных или плохо очи­щенных сточных вод в различные водоемы только из-за нехват­ки кислорода может привести к исчезновению всякой жизни в воде. Некоторые районы Рейна стали мертвыми, т.е. загрязнены настолько, что в них отсутствует необходимое количество кисло­рода для размножения и развития бактерий, участвующих в раз­ложении различного рода загрязнителей. Воды этой реки еже­годно несут в море более 24 млн т вредных отходов промыш­ленных предприятий, минеральных солей, нефтяных продуктов, так как до впадения в Северное море воды реки используются примерно 30 раз. Ежегодно с промышленными стоками в Рейн попадает 31 50 т хрома, 1 520 т меди, 1 2300 т цинка, 70 т ртути, 350 т мышьяка. Каждый час в реки поступает 1 250 т хлоридов (что эквивалентно 62 вагонам с солью). Загрязнению подвергаются не только реки, но и озера, моря и океаны. В США 20 млн т отходов, содержащих различные химические вещества, ежегод­но сбрасываются в озеро Верхнее, озеро Эри превратилось в отстойник сточных вод. По ориентировочным данным, в настоя­щее время масштабы нефтяных загрязнений океана составляют 1 0-25% его площади (следует иметь в виду, что 1 т нефти за­грязняет 6 км² площади моря).

По источникам загрязнения сточные воды можно разделить на промышленные и бытовые. Количество бытовых вод состав­ляет примерно 200 л/сут на человека. Они почти полностью раз­рушаются биологически, так как все примеси, содержащиеся в воде, имеют органическую природу.

Но не все промышленные сточные воды разрушаются био­логическим путем. Большинство из этих отходов являются ядами для микроорганизмов, разлагающих непромышленные отходы, поэтому обработку промышленных и бытовых стоков целесооб­разно проводить раздельно. Количество кислорода (в млн^-10), необходимое для окисления содержащихся в воде биологически разлагающихся веществ, называется биохимической потребно­стью в кислороде (БПК). Чем меньше БПК, тем более чистой яв­ляется вода. Так, для воды горных ручьев БПК<1 млн^-10, БПК питьевой воды меньше 5 млн^-10, канализационной - 100-500 млн^-10. Для оценки качества воды используется еще одна харак­теристика - химическая потребность в кислороде (ХПК). Это то количество кислорода, которое необходимо для разложения всех веществ органического происхождения, содержащихся в воде.

Состав сточных вод разнообразен. Основные компоненты непромышленных сточных вод следующие (в млн^-10): жиры -140; белки - 42; углеводы - 34; детергенты (синтетические мою­щие средства) - 5,6; аминосахара - 1,7; амиды - 2,7; раствори­мые кислоты - 1 2,6.

Если количество сточных вод и содержание в них примесей невелико, то для их очистки достаточно естественных процессов седиментации и бактериального окисления. Важной проблемой является удаление из сточных вод основной массы азотных и фосфорных удобрений, которые, попадая с водой в водоемы, вызывают рост водорослей. Кроме того, нитраты отличаются высокой токсичностью.

Аммиак из сточных вод удаляется аэрацией - пропусканием воздуха через воду в специальных башнях, при этом удается извлечь до 92% аммиака. Для очистки от нитратов применяют коа­гуляцию соединениями железа и известью с последующей фильтрацией выделяющихся осадков либо адсорбцию ионооб­менными смолами.

Сильно загрязняются водоемы излишним употреблением удобрений в сельском хозяйстве. Количество удобрений, вноси­мых в почву, непрерывно растет, в то время как эффективность их действия уменьшается. Значительная часть удобрений не усваивается растениями, смывается дождями, талыми водами, сбегает в реки, водохранилища. В последних на обильном пита­нии бурно развиваются водоросли, особенно сине-зеленые. При их разложении выделяется большое количество сероводорода, отравляющего водоемы. Большую тревогу вызывает загрязнение водоемов пестицидами - химическими веществами, используе­мыми для борьбы с вредителями сельского хозяйства.

Нельзя не отметить также, что в последние годы сущест­венно понизился рН осадков во всем мире. Так, рН дождей в районе Больших Озер (США) изменился от 5,6 в 1955 г. до 4,6 в 1 979 г. Повышенная кислотность водоемов отрицательно влияет на их растительность и животный мир, при рН 3,0...3,5 водная среда становится гибельной для всех рыб и почти для всех рас­тений.

Большое значение для человечества имеет потепление климата, которое наблюдается сегодня.