Начиная рассказ о природных источниках воды, стоит пояснить, почему в заголовок статьи мы внесли определение «условно». Дело в том, что по-настоящему чистой питьевой воды на Земле осталось крайне мало, и количество таких источников с каждым годом неуклонно сокращается. Но оставим наше малоприятное для человечества вступление, и перейдем непосредственно к самой теме нашего разговора, отметив примерное количество питьевой воды на нашей планете. По подсчетам ученых-экологов, доля пресной воды на Земле составляет всего 3%, большая часть которых — это горные и покровные ледники, встречающиеся на Северном и Южном полюсах, а также в ряде северных регионов, в частности в Гренландии, которая считается одним из крупнейшим мест залегания чистой питьевой воды на планете. Остальная, условно пригодная для питья вода сосредоточена в реках и озерах, а также в поверхностных и подземных водах, которая добывается с помощью . Также, незначительная доля пресной воды приходится на атмосферные осадки. Однако, какими бы большими запасами воды не обладали реки и озера, в общей своей массе, использовать ее для питье без предварительной очистки невозможно, ибо хозяйственная деятельность человека зашла так далеко, что практически все подобные источники питьевой воды на Земле давно уже загрязнены не просто вредными, а даже опасными для здоровья людей веществами. Поэтому, в большинстве случаях, для водообеспечения населения используются поверхностные и подземные воды, о которых мы поговорим подробно, коснувшись в заключении статьи способов добычи пресной воды из айсбергов и опреснения соленой морской и океанской воды.
Поверхностные источники
Поверхностными источниками называют реки и озера, на долю которых приходится всего 0,01% от объема всей пресной воды на Земле. При этом, большая ее часть находится в реках, и только 1,47% приходится на озера. Большинство рек на планете имеют такое течение, что обеспечить подачу воды из них естественным способом не представляется возможным. Поэтому, многие из них перекрыты плотинами, образующими искусственные открытые резервуары для хранения пресной воды, которые в ряде случаев используются для производства электроэнергии, которая вырабатывается при сбрасывании воды из хранилищ на турбины. В мире не так-то и много рек, которые способны обеспечить сброс больших объемов воды за единицу времени. К ним относятся: в России - Енисей, в Южной Америке - Амазонка, в США - Миссури и Миссисипи, в Южная Азия - Брахмапутра и Ганг, в Китае - Янцзы, в Африке - Конго (Заир). На втором месте по значимости, в качестве источников питьевой воды, после рек и водохранилищ, стоят озера, которые суммарно вмещают до 125 тысяч кубических километров воды. Помимо подачи воды из них непосредственно на бытовые нужды, часть пресной воды из озер идет на обеспечение хозяйственной деятельности человека - это орошение сельскохозяйственных угодий, выращивание рыб, промышленное, а чаще всего - пищевое, производство и т. п. Иногда, бесконтрольный забор пресной воды из озер, которые так быстро, как реки не могут восполнить ее запас, приводит к полному пересыханию озер. Ярким примером служит Аральское море, которое является по сути озером, и уже практически исчезло с поверхности Земли. Также, встречаются ситуации, когда образуются новые пресные озера, например, в результате сейсмической активности, но такие случаи довольно редки.
В отличии от рек, значительную часть которых питают множество небольших ручейков и родников, даже в «благополучных» озерах в течении года возможны значительные колебания уровня воды. Это связано с различными факторами, основными из которых являются: увеличение естественного сброса воды через вытекающие из водоемов реки, испарение воды и просачивание ее в грунт. Однако, если озеро «здоровое», то, как правило, до критических отметок уровень воды не падает, и водоем пополняется за счет атмосферных осадков, а также впадающих в него рек и родников. Этот процесс длится тысячелетиями, и ряд довольно старых озер на Земле в скором времени утратят свой потенциал, как естественные резервуары пресной воды. Дело в том, что в результате испарения воды, в таких водоемах постепенно накапливаются соли, процент которых в определенный момент становится настолько высоким, что пресное озера превращается в соленое, а значит использовать воду из него для питья уже невозможно. Конечно, можно при заборе воды из таких водоемов пропускать ее через специальные установки-опреснители. Но как показывает практика, внедрение такого оборудования делает получаемую пресную воду настолько дорогой, что ее опреснение не рентабельно. Что касается болот с пресной водой, которые по сути являются ближайшими родственниками озер, то их потенциал, как источников пресной воды, используется очень слабо. Ученые полагают, что в ближайшем будущем, проблема пресной воды станет такой острой, что болота, о консервации которых необходимо думать уже сегодня, будут одним из источников питьевой воды.
Подземные источники
По самым приблизительным подсчетам, около 98% всей пресной воды на Земле находится в ее недрах. Причем, почти половина от ее объема залегает на глубинах, превышающих 800 метров, что делает ее добычу крайне затратной, а в некоторых случаях, вообще невозможной. А те 50%, которые доступны, так бездумно отбираются, что если кардинально не исправить ситуацию, то уже через 40-50 лет, человечеству придется бурить скважины глубиной более километра, чтобы обеспечить себя питьевой водой. Примером могут служить подземные воды пустыни Сахара, объем которых, по последним подсчетам, составляет до 625 тысяч кубических километров. Но беда в том, что область их залегания такова, что пополнение подземного резервуара естественным путем не происходит, а откачка идет весьма интенсивно. Кроме этого, недавние геологические процессе в данной местности привели к тому, что подземные воды стали выходить на поверхность в виде родников, только небольшая часть которых приходится на места компактного проживания людей. Остальная же вода, в буквальном смысле уходит в песок. Как поясняют ученые, это происходит потому, что огромный пресный резервуар под Сахарой представляет собой несколько крупных озер, поверхность которых, после подвижек земной коры, пересеклась в некоторых местах с поверхностью Земли. От чего и образовались родники и даже артезианские источники, особенно там, где вода оказалась под значительным гидростатическим давлением. Когда воды в недрах Сахары не станет вообще, сказать точно нельзя, но что этот момент не за горами, об этом экологи говорят наверняка. Ко всему прочему, не помешало бы подобную воду пропускать через , но это не всегда возможно.
Добыча подземных пресных вод идет намного большими темпами, чем это было возможно еще лет 20-30 назад. И связано это с появлением высокотехнологичной буровой техники и мощных насосов для подъема воды с больших глубин, что позволяет добывать за единицу времени значительные объемы воды. Однако, в некоторых регионах планеты, растущее потребление воды несет с собой негативные последствия. Дело в том, что подземные резервуары практически не пополняются водой естественным путем, и ее откачка приводит к снижению уровня воды, что влечет за собой увеличение расходов на ее добычу. Более того, в местах, где подземные резервуары полностью истощены, наблюдается проседание земной поверхности, что делает невозможным дальнейшую ее эксплуатацию, например, в качестве сельскохозяйственных угодий. В прибрежных районах ситуация складывается еще драматичней. Опустошенные водоносные горизонты, даже те, воду из которых можно извлекать еще в течении нескольких лет, смешиваются с соленой морской или океанической водой, что приводит к засолению почвы, и того небольшого объема пресной воды, который еще остался в прибрежном регионе. Проблема засоления пресной воды имеет еще одну причину, связанную с хозяйственной деятельностью человека. Ведь источником соли могут быть не только моря и океаны, а и удобрения или вода с высоким содержанием соли, которая используется для полива полей и садов. Такие процессы засоления подземных вод и грунта называются антропогенными, и сталкиваются с ними все больше цивилизованных стран.
Получение пресной воды из айсбергов
В заключении статьи о природных условно чистых источниках пресной воды, мы, как и обещали, уделим внимание добыче питьевой воды из айсбергов. Ученые утверждают, что только в ледниках материковой части Антарктиды находится до 93% всех запасов пресной воды на Земле, что составляет около двух тысяч квадратных километров замерзшей влаги. А поскольку, в скором времени, поверхностных и подземных источник питьевой воды на планете практически не останется, то придет такой момент, когда человечество будет вынуждено обратить свое внимание на айсберги. Идею добывать питьевую воду из ледников впервые высказал еще в XVIII веке английский мореплаватель и первооткрыватель Джеймс Кук, более известный тем, что был съеден аборигенами. И хотя это, всего лишь легенда, помнят его не за революционную по тем временам идею - добывать воду с ледников Антарктиды, а за нелепую смерть в котле людоедов, которого на самом деле и не было. Почему Кук обратил внимание на айсберги, как на источники пресной воды, - доподлинно неизвестно. Но тот факт, что мореплаватель первым предложил использовать куски льда в дальних морских походах в качестве естественных хранилищ запасов воды, об этом мы знаем наверняка из ряда письменных источников, дошедших до наших дней. Современные последователи Кука пошли еще дальше, и предлагают откалывать от ледников огромные куски льда, чтобы доставлять их затем в регионы, где наблюдается дефицит питьевой воды. На первый взгляд идея гениальная, но при реализации подобного проекта могут возникнуть трудности, преодолеть которые невозможно, даже при современном развитии техники.
Как видим, даже в случае, если будет изобретен эффективный способ разработки ледника и доставки его частей к месту назначения, работы эти будут настолько затратными, что стоимость одного литра пресной воды получится астрономической. Однако, ученые полагают, что какими бы трудностями не сопровождалась добыча льда в Антарктиде, и его доставка потребителям, в скором будущем мы станем свидетелями воплощения идеи Джеймса Кука в реальность. Тем более, большую заинтересованность в этом вопросе уже проявляют такие страны, как Австралия, Египет, Саудовская Аравия, Франция и США.
Чтобы вы могли представить, сколько и какой воды имеется на нашей планете, предлагаю вашему вниманию табл. 2.1. Воды у нас столь много, что измерять ее литрами, кубометрами или тоннами крайне неудобно, и мы будем использовать меру поистине титаническую – кубический километр (км?). Всего воды на Земле около полутора миллиардов, или 1500 млн. км? воды.
Таблица 2.1. Распределение вод на земном шаре (единица измерения – миллион кубических километров)Примечание . Данные в таблице приведены по минимуму и максимуму, с учетом разных оценок.
Итак, мы видим, что пресные воды, то есть воды на суше и в атмосфере, составляют порядка 10 % полного планетарного ресурса. Большая их часть – и это может вызвать удивление – находится не в открытых водоемах, а в земной коре: 110–190 млн. км?! Эти воды принято делить на два типа в соответствии с глубиной их залегания. Подземные воды глубокого залегания расположены в десятках-сотнях метров от поверхности земли, они пропитывают пористые горные породы, а также образуют гигантские подземные бассейны, окруженные водонепроницаемыми слоями. Нередко вода в этих подземных полостях находится под давлением, и, если пробиться к ним с помощью буровой установки, вода брызнет вверх фонтаном. Такие фонтаны-гейзеры и родники природного происхождения хорошо известны.
Другой тип подземных вод – те, которые расположены в почве и верхних слоях земной поверхности на глубине нескольких метров. По сравнению с водами глубокого залегания у них есть один недостаток и одно преимущество. Недостаток : эти воды гораздо активнее контактируют с поверхностью земли и всем, что на нее сливают, выбрасывают или в нее закапывают; они гораздо слабее защищены от загрязнений, чем воды глубокого залегания. Преимущество : эти воды нам гораздо доступнее, они выступают в любой яме или канаве, и мы можем черпать их из колодцев.
Следующий по величине массив пресных вод (20–30 млн. км?) сосредоточен в ледниках Антарктиды, Гренландии и островов Северного Ледовитого океана. Пресную воду из атмосферы (всего 13 тыс. км?) мы получаем в виде осадков – дождя и снега. Основной запас пресной воды, употребляемой человеком, сосредоточен в озерах и реках, причем надо учитывать, что, хотя реки протяженнее озер, их объем намного меньше. В живых организмах, то есть в растениях и животных (которые, напомню, на две трети состоят из воды), содержится 6 тыс. км? воды – величина, вполне сравнимая с объемом рек. Последнее не должно удивлять: одномоментный объем рек – это статика, а если рассматривать динамику, то лишь реки России переносят за год в океан 4 тыс. км? воды.
Так распределены водные ресурсы на нашей планете. Проанализировав данные таблицы, можно сделать вывод, что для питья, бытовых и промышленных нужд более доступными являются прежде всего воды озер и рек, снабжающие нас пресной водой не время от времени, а постоянно и с гарантией. К тому же эти запасы мы можем легко оценить и сопоставить с нашими сегодняшними и перспективными потребностями.
Доступны также и подземные воды обоих типов. Однако для крупных городов подземных вод недостаточно. В принципе, можно разведывать большие бассейны глубокого залегания и бурить скважины, но это дорого. К тому же кто гарантирует, что такой бассейн обнаружится вблизи населенного промышленного города? Будет ли вода в нем подходящей для питья, и не случится ли геологической катастрофы, если мы начнем изымать эту воду в больших количествах?
Осадки, то есть дождь и снег, также являются источниками пресной воды. Но это непостоянный, капризный источник, удовлетворяющий в основном потребности сельского хозяйства.
Значит, все-таки остаются реки и озера, и при этом реки для нас удобнее озер: воды в них меньше, но, как я уже упоминал, они гораздо протяженнее. Собственно, большая часть нашей цивилизации сосредоточена в речных долинах – обстоятельство, оставшееся неизменным со времен Древнего Египта, Аккада и Шумера.
Виды пресной воды
Перед тем как перейти к рассмотрению видов пресной воды, остановимся на их главном назначении: они – источник утоления жажды. Когда она настигает нас, мы не можем думать ни о чем, кроме воды. Тогда любая пресная вода – хоть из грязной речки, хоть из лужи – становится для нас питьевой. Если мы не можем удовлетворить жажду в течение нескольких дней, нас ожидает гибель. Число дней определяется погодой и климатом: жарким, сухим или влажным.
Мы, как и любые животные, находимся в состоянии непрерывного водного обмена с окружающей средой: выделяем пот и мочу и восполняем водные потери пресной влагой. Если нет возможности напиться, то вода теряется с потом и с выдыхаемым воздухом, и в результате наступает угроза обезвоживания (дегидратации) организма. На первой стадии учащается пульс, возникает слабость, затем – головокружение и одышка. При обезвоживании, составляющем всего лишь 10 % от массы тела, произойдут нарушение речи, зрения и слуха, затем – бред, галлюцинации и потеря сознания. Гибель наступает от необратимых изменений в нервной и сердечно-сосудистой системах при водопотере 15–25 % от массы тела (в зависимости от температуры окружающей среды).
Такова смерть от жажды, и она тем более трагична, когда происходит в море или в океане, полном воды, – но соленой! Однако многие, наверное, помнят о путешествии Алена Бомбара, французского исследователя, переплывшего Атлантический океан в надувной лодочке и утолявшего жажду морской водой и соком, выдавленным из рыбы. Возможно ли это? Как исключение – да! Но только как исключение, как способ спасти свою жизнь в экстремальной ситуации, ибо длительный срок мы не можем пить соленую воду.
В морской и океанской воде присутствуют сульфат и карбонат кальция, хлорид, сульфат и бромид магния, но в небольших количествах. Почти 85 % морских и океанских солей – это хлорид натрия, обычная поваренная соль. По насыщению солями вода различна в разных морях и океанах. Я ощутил это на собственном опыте, купаясь в Балтийском, Черном и Средиземном морях. Финский залив почти пресноводный: в 1 л его воды 3–4 г солей, в Черном море – 15–18 г/л, в океане – до 35 г/л, а, например, в Красном море – 40 г/л. Плавать удобно, но пить нельзя. Человеку жизненно необходимы соли калия, натрия, магния, кальция и других элементов, но в умеренных дозах. Мы не можем пить воду с содержанием солей больше 2,5 г/л.
Почему? Для сохранения в организме солевого равновесия человеку требуется 15–25 г соли в день – в основном NaCl, которую мы получаем с пищей. При избытке соль выводится с мочой через почки, но для вывода одного лишнего грамма соли надо выпить 100 г воды.
Ну, теперь вы убедились, что без воды, как поется в песне, «не туды и не сюды»? Только надо уточнить – без пресной воды.
В главе 1 я упомянул о том, что пресную воду можно разделить на две группы: обычная и минеральная . Причем в рамках каждой группы вода сильно отличается по составу в связи с геологическими и географическими причинами. Эта классификация справедлива для вод естественного происхождения, но, помимо них, существуют искусственные воды, создаваемые человеком целенаправленно или в качестве отходов хозяйственной деятельности. Целенаправленно мы производим искусственные минеральные воды, опресненную воду (из морской) и дистиллированную воду, а также особые воды, насыщенные тем или иным компонентом, например серебряную . Что же касается жидких отходов, то их именуют сливами, сбросами и сточными водами. Разумеется, сточные воды нельзя отнести ни к пресным, ни к соленым морским, но в рамках этой книги нам необходимо с ними ознакомиться. Итак, если учесть все эти группы вод, то наша первичная классификация будет более или менее полной. Начнем рассмотрение с дистиллированной воды.
Дистиллированная вода
Дистиллированная вода – это чистая H?O, а если говорить точнее, вода с ничтожными, практически неопределимыми химическими и физическими методами примесями инородных веществ. Используется она лишь для медицинских или исследовательских целей, например для того, чтобы вымыть пробирки для проведения тонких химических опытов. Ее производят путем выпаривания обычной пресной воды с последующей конденсацией пара. Точно так же мы можем поступить с морской водой, чтобы избавить ее от солей и минеральных включений. Дистиллированную воду можно вырабатывать в домашних условиях, сделав самодельный дистиллятор либо купив специальную установку. Но я вам не советую этим заниматься – дистиллированная вода для нас совершенно бесполезна: она не поддерживает жизненно важных процессов в организме человека и животного. Как уже не раз упоминалось, необходимая нам питьевая вода вовсе не идеально чистый субстрат, а раствор, содержащий минеральные добавки. В этих добавках – железе, меди, солях натрия, калия, кальция и других элементах – главная суть. Если мы не получим их в нужном количестве через воду, возникнут различные функциональные расстройства: нарушение сердечного ритма, головные боли, мышечные судороги, а также проблемы с зубами и костными тканями. Словом, дистиллированная вода, не содержащая солей, способна разбалансировать работу нашего организма.
Дистиллированную воду пьют, компенсируя отсутствие в ней нужных веществ специальной диетой, сыроедением, овощами, фруктами, препаратами микроэлементов и т. д. Именно такой вариант предложил всемирно известный диетолог Поль Брэгг. Сегодня эта идея стала еще более конструктивной: так, на Западе появились фирмы, поставляющие дистиллированную воду для питья, а к ней – таблетки с полным набором жизненно необходимых минеральных веществ. Выпил водички с таблеткой – и питайся как хочешь, без всяких диет.
Однако не будем экспериментировать, будем подчиняться природе и пить воду рек, озер и родников – ту воду, которую пили наши пращуры. Только сначала очистим ее от всякой дряни.
Обычная пресная вода
Как уже упоминалось, пресные воды рек и озер, нашего основного источника водоснабжения, различны. Эти различия возникли изначально и связаны с климатической зоной и особенностями местности, в которой находится водоем. Вода – универсальный растворитель, а это значит, что ее насыщенность минералами зависит от почвы и залегающих под нею горных пород. Кроме того, вода подвижна, и, следовательно, на ее состав влияют выпадающие осадки, таяние снегов, половодье и притоки, впадающие в более крупную реку или озеро. Взять, например, Неву, основной источник питьевой воды Петербурга: в основном ее питает водой Ладожское озеро, одно из самых пресных озер мира. Ладожская вода содержит мало солей кальция и магния, что делает ее очень мягкой, мало в ней алюминия, марганца и никеля, зато довольно много азота, кислорода, кремния, фосфора. Наконец, микробиологический состав воды зависит от водной флоры и фауны, от лесов и лугов на берегах водоема и еще от множества других причин, не исключая факторы космического свойства. Так, патогенность микробов резко возрастает в годы солнечной активности: прежде почти безвредные становятся опасными, а опасные – просто смертельными.
Я, петербуржец в третьем поколении, пил пресную воду из Днепра и Волги, из Дона и Кубани, пил воду в Москве, Норильске, Иркутске, Владивостоке, Праге, Нью-Йорке, Берлине и во многих других местах, но вся эта вода – за исключением, пожалуй, воды южного побережья Крыма, казалась мне непривычной и невкусной. Случайность ли это? Видимо, нет. Наш организм адаптирован к воде родины, она пропитывает, формирует нас, и нет ее вкусней и слаще, но при том условии, что она чистая.
Понятие чистоты, если вспомнить о многообразии пресных вод, на самом деле очень неоднозначно. (В следующей главе будут приведены российские и зарубежные стандарты на питьевую воду.) Существует несколько важных показателей качества пресной природной воды: кислотность pH (или водородный показатель), жесткость и органолептика .
pH связана с концентрацией ионов водорода в среде, измеряется с помощью простого прибора «пэ-аш-метра» и дает нам понятие о кислотных или щелочных свойствах среды (в данном случае – воды):
pH < 7 – кислая среда;
pH = 7 – нейтральная среда;
pH > 7 – щелочная среда.
Это очень важный показатель, причем не только для обыкновенной или минеральной воды, но и для человеческого организма, кислотный баланс которого должен выдерживаться в очень жестких рамках: допустимые значения pH составляют от 7,38 до 7,42 и не могут отклоняться даже на 10 % от этого диапазона. При pH = 7,05 человек впадает в предкоматозное состояние, при pH = 7,00 наступает кома, а при pH = 6,80 – смерть.
Жесткостью называется свойство воды, обусловленное содержанием в ней ионов кальция Ca 2+ и магния Mg 2+ . Жесткость определяют по специальной методике, описанной в ГОСТах на питьевую воду, а единицы ее измерения – моль на кубический метр (моль/м3) или миллимоль на литр (ммоль/л).
Различаются несколько видов жесткости – общая, карбонатная, некарбонатная, устранимая и неустранимая; в дальнейшем мы будем говорить об общей жесткости , связанной с суммой концентраций ионов кальция и магния.
Под органолептическими характеристиками воды понимаются ее запах, вкус, цвет и мутность. Запах определяют, нюхая воду (землистый, хлорный, запах нефтепродуктов и т. д.) и оценивая интенсивность запаха по пятибалльной шкале (ноль соответствует полному отсутствию запаха):
1 – очень слабый, практически неощутимый запах;
2 – запах слабый, заметный лишь в том случае, если обратить на него внимание;
3 – запах легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде;
4 – запах отчетливый, обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья;
5 – запах настолько силен, что делает воду непригодной к употреблению.
Вкус воды характеризуется определениями соленый, кислый, сладкий, горький, а все остальные вкусовые ощущения называют привкусами. Оценивают вкус по такой же пятибалльной шкале, как и запах, с градациями: очень слабый, слабый, заметный, отчетливый, очень сильный. Цвет воды определяют фотометрически, путем сравнения испытуемой воды с эталонными растворами, имитирующими цвет природной воды. Оценивают цвет по специальной шкале цветности с градациями от нуля до 14. Сходным образом исследуют мутность .
Разумеется, причины, вызывающие дурной запах, плохой вкус и странный цвет воды, изучаются методами химического анализа, чтобы выявить вредоносные примеси и определить их концентрации. Чтобы завершить эту тему, напомню, что на каждую такую примесь имеется свой ПДК – предельно допустимая концентрация, то есть такая, которая не наносит вреда нашему организму. Разумеется, есть вещества, вирусы и бактерии, для которых ПДК равен нулю, то есть их вообще не должно быть в воде. Но это не математический, а «практический» ноль – вредные вещества и микрофлора могут присутствовать, но в столь ничтожной концентрации, что их не определить самыми тонкими и точными методами анализа.
Кроме озер и рек, мы получаем обычную пресную воду из колодцев, артезианских скважин, родников, а также собирая осадки, наполняя ведра и бочки дождевой водой или растапливая лед и снег. Поговорим о трех первых разновидностях воды.
Колодезная вода . Колодцами реально пользуются лишь в сельской местности, так как шурф глубиною 5-10 м не способен обеспечить большого выхода воды – для этого надо бурить скважины в 20-180 м, в зависимости от глубины залегания подземных вод. Колодцы же питаются подпочвенными водами и могут обеспечить водопотребление до 100–150 л/ч (в редких случаях – до 500 л/ч). Они очень уязвимы в смысле загрязнений: все, что попадает в почву – нитраты, нитриты, ПАВ, пестициды и тяжелые металлы, – может оказаться в колодезной воде.
Вода из артезианских скважин . Как я уже отмечал, воды глубокого залегания лучше защищены от различных промышленных и бактериальных загрязнений, однако в городе такими водами пользоваться затруднительно: во-первых, нужно их найти, а во-вторых, пробурить скважину. Это дорогое удовольствие: для бурения используются специальные установки, затем в скважину опускают стальные трубы, погружают мощный насос, а уже от него выводится на поверхность трубопровод. В центральных областях России есть два водоносных горизонта: песчаный залегает на глубине 15–40 м и отделен от верхнего слоя почвы глинистыми пластами, которые и защищают его от загрязнений, а на глубине 30-230 м и более находятся известняковые водоносные слои, так называемые артезианские . Вот на столько и надо бурить, а потом, добравшись до воды, проверить, хороша ли она и не требует ли очистки. Известно, что состав артезианских вод зависит от глубины их залегания. Такая вода может иметь повышенную жесткость и содержать бактерии и органические вещества. Кроме того, из-за плохого соединения труб в скважинах в артезианскую воду могут просачиваться загрязнения из более высоких водоносных слоев. Обычно эту воду необходимо фильтровать и очищать, что делается с помощью очистных систем скорее промышленного, чем бытового назначения.
Родниковая и ключевая вода . Под родником, или ключом , в отличие от ручья, речки и реки, понимается небольшой водный поток, бьющий непосредственно из земных недр. Уместно напомнить, что некоторые наши реки порождаются горными снегами и ледниками, а некоторые – именно такими подземными источниками. Однако на изрядном удалении от них речная вода уже не может быть признана родниковой. Родниковая влага берется в том самом месте, откуда она поступает из-под земли. Вода может быть пресной или минерализованной. В первом случае мы, собственно, и говорим о родниках и ключах, а во втором – об источнике минеральных вод.
Природа у родниковой воды такая же, как у колодезной или артезианской, так как она поступает с какого-то подземного водоносного горизонта или бассейна.
На территории России количество родников неисчислимо, они различаются качеством и составом вод. О родниках ходят легенды – и воды многих действительно обладают лечебными свойствами, они свежи и приятны на вкус. Но родники так же, как артезианские скважины и колодцы, подвержены загрязнению. В наше время невозможно гарантировать неизменное качество родниковой воды, так как оно зависит не только от сезонных обстоятельств (ливни, паводки), но и от выбросов близлежащих промышленных предприятий.
Так, например, непригодной для питья признана родниковая вода в пределах городской черты в Нижнем Новгороде, о чем местный санэпиднадзор официально уведомил население. Проведенные исследования показали, что неудачное расположение и неблагоустроенность родников, незащищенность грунтовых вод от поверхностного загрязнения являются причинами низкого качества воды. В родниках, расположенных около Благовещенского и Печерского монастырей, Высоковской церкви, Похвалинского съезда, содержание нитратов превышает допустимые нормы в 1,5–3 раза, а микробиологическое загрязнение значительно превышает ПДК. Естественно, санитарная служба запретила употребление такой воды.
Сходная ситуация и в других городах. В Москве осталось лишь несколько источников, воду из которых можно пить: родник «Сергий Радонежский» в Теплом Стане, «Святой» в Крылатском, «Царевна-лебедь» в Покровском-Стрешневе, «Царицыно» в пойме Царицынского пруда. Некоторые издревле популярные родники были закрыты: в воде родника в Тропаревском парке превышена ПДК по хрому, в Филевском источнике – по алюминию, калию, магнию, в ключе Живоначальной Троицы в Борисове – избыток железа, в родниках в Свиблове (в пойме Яузы) и «Кадочке» (в Коломенском) превышение ПДК по тяжелым металлам, а в «Бекете» в Донском – по кадмию и хрому. Все эти родники были широкоизвестными и популярными, ими пользовались (и, несмотря на запрет, еще продолжают пользоваться) сотни жителей, а потому нашлись инициаторы подобных проверок. Но где-нибудь в глубинке по-прежнему черпают воду из прадедовских источников, которые давно засорены, и лишь медико-экологические исследования могут выявить связь плохого качества воды с ростом числа страдающих мочекаменной болезнью, заболеваниями пищеварительного тракта и сердечно-сосудистой системы.
В настоящее время в городах продают бутилированную воду, как родниковую, так и минеральную. Например, в Петербурге одним из крупнейших поставщиков такой воды является акционерное общество «Полюстрово». Хочется надеяться, что родники и скважины, из которых берется эта вода, лежат вдали от городских подземных коммуникаций, всевозможных свалок и других источников заражения и что состав воды регулярно контролирует санитарная служба. Хочется также надеяться на добросовестность поставщиков родниковой и минеральной воды и быть уверенными, что нам не продают воду из-под крана, пропущенную через фильтр «Гейзер» или «Аквафор». Ведь если есть поддельная водка, почему бы не быть поддельной бутилированной воде?
Минеральная вода
Природная вода с повышенным содержанием минеральных компонентов классифицируется на четыре группы.
1. Минеральные лечебные воды с общей минерализацией более 8 г/л. Сюда же относят и менее минерализованную воду, содержащую повышенное количество бора, мышьяка и других элементов. Ее принимают только по назначению врача.
2. Минеральные лечебно-столовые воды с общей минерализацией 2–8 г/л. Они применяются с лечебными целями по назначению врача, но можно использовать их в качестве столового напитка.
3. Минеральные столовые воды с минерализацией 1–2 г/л.
4. Столовые воды с минерализацией менее 1 г/л.
Своим происхождением минеральные воды обязаны, как правило, подземным водоносным слоям или бассейнам, расположенным среди особых горных пород, в течение долгого периода обогащающих воду целебными минералами, которые диссоциируют в растворе на положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы.
В названии вод могут фигурировать определения «гидрокарбонатная» и «натриевая», значит, этих веществ более всего, но могут быть воды хлоридно-натриево-кальциевые, хлоридно-сульфатные, натриево-магниевые и др. В зависимости от того, какой у воды показатель pH (то есть какого заряда ионы преобладают), минеральная вода является кислой, нейтральной или щелочной. Действие каждой на желудочно-кишечный тракт и организм в целом будет разное. О лечебных свойствах этих вод, о том, при каких болезнях и как следует их принимать, написано достаточно много, и за этой информацией я отошлю читателей к специальной литературе. Например, к большой статье Г.З. Магазаника «Применение минеральных вод в домашних условиях», опубликованной в сборнике .
Искусственные воды
Под искусственными я понимаю пресные воды, изготовленные с помощью тех или иных технологических ухищрений с целью либо скопировать произведенное природой, либо сотворить нечто такое, чему в природе нет аналога. Опресненную морскую воду, которую в широких масштабах производят Арабские Эмираты, богатые нефтью, но бедные пресной водой, тоже можно считать искусственной, как и тяжелую воду, получаемую для исследований в области ядерной физики, но на этом предмете мы останавливаться не будем. Можно сделать искусственную минеральную воду или подделать ее, но это нас тоже не слишком интересует: мы обратимся к воде с чудодейственными свойствами – талой, шунгитной, серебряной, «живой» и «мертвой». А обратившись, выясним, что в этой области есть правда, полуправда и целые груды фантазий и лжи.
Талая вода . Ее, разумеется, можно получить, растопив в кастрюльке снег или лед, но я не советую этим заниматься, особенно городским жителям. Есть такое соединение – бенз(а)пирен, канцерогенное органическое соединение первого класса опасности (канцерогенное – то есть ведущее к раковым заболеваниям). Главные источники загрязнения окружающей среды бенз(а)пиреном – производство алюминия и транспортные аэрозоли (попросту выхлопные газы автомобилей). Как показали исследования экологов, в пыли и снеге на улице или рядом с загородным шоссе количество бенз(а)пирена в десятки раз превышает ПДК. Вытапливать воду из такого снега – все равно что сыпать в чай цианистый калий вместо сахара. Природные талые воды смоют его в водоемы, и там он разбавится до такой ничтожной концентрации, что с помощью самых тонких анализов его не обнаружишь. А вот снега у дорог лучше не трогать.
Домашний способ приготовления талой, или замороженной-размороженной, воды описан в приложении 1. Ознакомившись с ним, вы увидите, что эта технология помогает очистить питьевую воду от некоторых вредных примесей и, возможно, сообщает ей полезные свойства. Вопрос, однако, в том, что вместе с тяжелыми металлами могут уйти полезные макро– и микроэлементы.
Шунгитнаявода . Шунгит – горная порода, обширные залежи которой имеются в районе Онежского озера, и в этих залежах циркулируют и просачиваются на поверхность воды, насыщенные целебной шунгитной эманацией. Еще Петр I выстроил в этих местах первую в России водолечебницу, и она существует до сих пор – курорт «Марциальные воды» под Петрозаводском. Там находится санаторий, где лечатся водой, очень сильно насыщенной железом.
А вот насколько эффективна искусственная шунгитная вода, которую готовят с помощью бытовых шунгитных фильтров? Фильтр по размерам невелик, вода находится в кратковременном контакте с минеральным веществом. К тому же это – контакт отнюдь не того свойства, который реализуется в природе. Успевает ли вода – и может ли в принципе – сделаться целебной? Большой вопрос! Что касается ее очистки от вредных примесей, тут вопросов еще больше.
В книге О.А. Рысьева «Шунгит – камень здоровья» сообщается, что петербургские предприятия, производящие шунгитные фильтры, изготовляют заодно магические пирамидки из шунгита, так называемые «стержни фараона», начиненные шунгитом мешочки, которые нужно класть под кровать, чтобы уберечься от вредного влияния геопатогенных зон. Карта зон прилагается, и, если судить по ней, жить петербуржцам осталось недолго – разумеется, если их не спасет шунгит. Такие байки вызывают недоверие и к искусственной шунгитной воде, и к шунгитным фильтрам. Но если вы любите диковины и чудеса, то прочитайте книгу Рысьева, а также другую – Ю. Дорониной «Шунгит – камень-спаситель» . Но фильтр все же лучше приобрести «аквафоровский», «гейзерный» или «барьерный». Фирмам с узкой специализацией, которые производят только фильтры, без всяких магических стержней и пирамид, доверия больше.
Серебряная вода . О ее свойствах можно прочитать в ряде книг и публикаций (см., например, ). В нашем списке искусственных вод она вызывает наибольшее доверие, так как бактерицидные свойства серебра известны с глубокой древности. Еще в Древней Индии с помощью этого металла обеззараживали воду, а персидский царь Кир хранил воду в серебряных сосудах. Бактерицидные свойства серебра подтверждены и современной наукой.
Пионером исследований в данной области считают французского врача Бенье Креде, который в конце XIX века сообщил об успехах в лечении сепсиса ионами серебра. Продолжая исследования, он выяснил, что серебро в течение трех дней убивает дифтерийную палочку, в течение двух – стафилококки, а возбудитель тифа – за сутки. В те времена результаты Креде произвели сенсацию в научном мире и привлекли внимание к этому методу исцеления недугов.
В 1942 году англичанину Р. Бентону удалось остановить эпидемию холеры и дизентерии, свирепствовавшую на строительстве дороги Бирма – Ассам. Бентон наладил снабжение рабочих (а их было 30 тыс. человек) чистой питьевой водой, обеззараженной с помощью электролитического растворения серебра (концентрация 0,01 мг/л). Разумеется, для этого использовались и другие средства, но считается, что решающую роль сыграло применение серебряной воды.
Когда бактерицидные свойства серебра были изучены, оказалось, что решающую роль здесь играют не атомы, а положительно заряженные ионы Ag + . (Напомню читателям, что ионизация, рассмотренная в главе 1, повышает активность веществ в водных растворах.) Катионы серебра подавляют деятельность фермента, обеспечивающего кислородный обмен у простейших микроорганизмов, иными словами, «душат» болезнетворные бактерии, вирусы, грибки (в этом «смертельном» списке порядка 700 видов патогенной «флоры» и «фауны»). Скорость уничтожения зависит от концентрации ионов серебра в растворе: так, кишечная палочка погибает через 3 мин при концентрации 1 мг/л, через 20 мин – при 0,5 мг/л, через 50 мин – при 0,2 мг/л, через 2 ч – при 0,05 мг/л. Было установлено, что обеззараживающая способность серебра выше, чем у карболовой кислоты, сулемы и даже таких сильных окислителей, как хлор, хлорная известь, гипохлорид натрия. Возникает закономерный вопрос: почему же на станциях водоочистки используют хлорирование, фторирование и более современный метод – озонирование, а не электролитическое насыщение воды ионами серебра? На этот вопрос следует столь же закономерный ответ: дорого. Все же серебро – металл драгоценный… Кроме того, не будем забывать, что серебро – тяжелый металл, и его насыщенные растворы отнюдь не полезны человеку: предельно допустимая концентрация – 0,05 мг/л.
При приеме 2 г солей серебра возникают токсические явления, а при дозе в 10 г вероятен летальный исход. Кроме того, если превышать разумную дозировку в течение нескольких месяцев, возможно постепенное накапливание металла в организме.
Серебро – важный для нас микроэлемент, необходимый для нормального функционирования желез внутренней секреции, мозга и печени. Но повторю еще раз: этот факт – не основание, чтобы увлекаться питьем серебряной воды с большой концентрацией ионов.
А что касается серебряной воды с указанной выше концентрацией ионов, то ее можно пить регулярно и постоянно (например, ее пьют космонавты в период дежурства на космической станции). Приготовить серебряную воду в домашних условиях весьма непросто. Если настаивать воду в серебряном сосуде, эффект будет незначительным. Серебряную воду производят в специальных электрических ионаторах и продают в магазинах (хотя тут возможны сомнения – в самом ли деле она серебряная). Ее также можно получить с помощью установок «Пингвин» и «Дельфин», которые будут описаны в пятой главе.
«Живая» и «мертвая» вода . Под этими терминами можно понимать не только живительную и губительную воду из русских народных сказок, но и нечто более конкретное.
«Живую» и «мертвую» воду впервые получил изобретатель Кратов (см. публикации ), исцелившийся с их помощью от аденомы и радикулита. Эти жидкости производят с помощью электролиза обычной воды, причем кислую воду , которая собирается у положительно заряженного анода, называют «мертвой», а щелочную (она концентрируется около отрицательного катода) – «живой». Судя по описаниям в литературе, «живая» вода – мягкая, светлая, с щелочным привкусом, иногда – с белым осадком; ее pH = 10–11 ед. «Мертвая» вода – коричневатая, кисловатая, с характерным запахом и pH = 4–5 ед. Промышленностью уже выпускаются установки для проведения электролиза в домашних условиях («СТЭЛ», производительность до 60 л/ч, и менее производительные, но удобные «Эсперо-1»). Кроме того, «живую» и «мертвую» воду стали продавать в аптеках и магазинах в бутилированном виде.
Считается, что эти воды помогают при различных болезнях. Есть множество чудесных и занимательных историй об исцелениях с помощью «живой» и «мертвой» воды. Но о них сообщается в очень сомнительных книжках и еще более сомнительных статьях. Я же привык придерживаться твердо установленных фактов.
Я не выношу приговор активированной воде, однако хочу предупредить: будьте осторожны с целебными водами, которые еще недостаточно апробированы на практике. Принимайте их только по рекомендации врача, а не знахарей, колдунов и авторов сомнительных книжек. Помните, что даже такая безобидная вода, как дождевая, может нанести вред: она мягкая, в ней можно мыть волосы, но пить не стоит – в ней мало необходимых нам солей. Зато не исключается, что после кислотного дождика в дождевой воде могут присутствовать компоненты, нежелательные для нашего организма.
Сточные воды
Эту главу я хочу закончить разговором о сточных водах. Они не относятся ни к пресным, ни к соленым. Их можно разделить на два вида: первые поступают из городских квартир, из городской канализации, вторые – с промышленных предприятий. В водах первого типа присутствуют фекалии, моча, бумага, мыло, остатки пищи. Все это оседает в водоотстойниках, перегнивает на специальных площадках и не наносит вреда ни нам, ни природе. Кроме этого, в сточных водах имеются элементы, с которыми естественным процессам очистки не совладать: поверхностно-активные вещества; микробы и вирусы; лекарства.
Мы принимаем массу лекарств, но далеко не все из них полностью усваиваются организмом. Остатки выводятся через желудочно-кишечный тракт и почки и попадают в результате в сточные воды. Антибиотики и анальгетики, противозачаточные средства, средства от ожирения, стероидные гормоны – и т. д. и т. п. Пока трудно предсказать последствия этого вида загрязнения. Возможно, сейчас он еще не особенно опасен для человека. Но что может случиться через какое-то время, например, при контакте антибиотиков с болезнетворными бактериями? То ли антибиотики окажутся сильнее, то ли возникнут штаммы, устойчивые к антибиотикам. Последнее сулит нам большие неприятности…
Не будем, однако, гадать и поговорим о сточных водах предприятий. Разумеется, мы не можем отказаться от химических и целлюлозно-бумажных комбинатов, гальванических цехов, металлургических и машиностроительных заводов, атомных электростанций и всего остального, что насыщает воды тяжелыми металлами, вредной химией и даже радиоактивными изотопами. Но кое о чем мы должны иметь понятия, чтобы, с одной стороны, не предаваться панике, а с другой – соблюдать необходимую осторожность. Перечислю эти сведения по пунктам.
1. В настоящий момент человечеству известны десятки тысяч химических соединений. Попадая в воду, эти вещества претерпевают различные изменения: разлагаются, вступают в реакции друг с другом, с хлором или озоном, которыми обеззараживают воду, и в результате могут получиться новые модификации, ранее неизвестные науке. Сравнительно немногие из этого огромного количества соединений исследованы столь досконально, что можно сделать вывод об их нейтральности или, наоборот, о вредном влиянии на организм человека и животных; для этих веществ нет ПДК. Правда, самые опасные все же исследованы, и о них мы поговорим в главе 3.
2. Не надо думать, что нам в водопровод подают сточные воды. Очистка сточных вод и приготовление воды, поступающей в наши квартиры, – два разных процесса, осуществляемых государственными унитарными предприятиями «Водоканал», которые есть в любом городе. Сточные воды очищают на особых станциях аэрации , где они фильтруются, отстаиваются, насыщаются кислородом и лишь затем поступают в природные водоемы, а отстой (сухое вещество) утилизируется. Есть разные способы утилизации: зарыть в землю, сбросить в океан, переправить на территорию другого государства или переработать на специальной фабрике. Очищенные от сухого остатка сточные воды не хлорируют, во всяком случае у нас. Причина проста: да, в этой воде много болезнетворных бактерий и вирусов, но если убить их хлором, то хлор в чудовищном количестве поступит в водоемы, а это много хуже, чем бактерии. С ними природа уживается, а с хлором и его соединениями – нет. Отравляется рыба, животные и человек.
Очищенные сточные воды, конечно, содержат вредные вещества, но после попадания в обширные природные водоемы концентрация этих веществ нередко разбавляется до ничтожных величин, которые нельзя обнаружить точнейшими методами анализа. Сразу добавлю, что так происходит не везде и не всегда: например, в Ладожском озере и Неве ситуация сравнительно благополучна, а вот Рейн или Волга – совсем иной разговор.
Из природных водоемов вода берется для бытового потребления (самое важное – для питья и приготовления пищи). Это совсем другая операция, не связанная с очисткой сточных вод. Этим занимаются станции водозабора и водоподготовки «Водоканала». Вода проходит необходимые стадии очистки, хлорируется или фторируется, а затем поступает в водопроводную сеть. Возможны опасности: некачественная очистка, ржавые водопроводные трубы, залповый несанкционированный сброс каким-нибудь предприятием промышленных отходов.
3. Однако человек вынослив. Наш организм способен справиться с ядовитыми веществами, если они не поступают в слишком больших дозах или в малых, но постоянно. Если в реке, откуда осуществляют водозабор, водится рыба, то ситуация еще не смертельная, а если в водоеме появились бобры, очень чувствительные к качеству воды, дела вообще обстоят прекрасно. Ну а если осетры поплыли кверху брюхом, это уже криминал. Спасет ли бытовой фильтр? Сильно сомневаюсь.
4. Реки и озера обладают свойством самоочищаться. Это исключительно мощный природный механизм. Однако успокаиваться нельзя. Следите за вашей питьевой водой и, если что не так – бейте тревогу!
После двух мировых войн на дне Балтийского моря затоплена масса немецкого оружия, бомбы, взрывчатые вещества, баллоны с боевым ОВ – ипритом. Что происходит с этими «дарами» прошлого сейчас, спустя десятилетия? В журнале «Экологическая химия» я ознакомился со статьями специалистов, регулярно исследующих район захоронений. Корпуса контейнеров и бомб ржавеют, образовавшиеся в результате этого вредные химические соединения просачиваются в придонные воды, а главное – иприт! Но, оказывается, есть микроорганизмы, которые «кушают» иприт и переводят его в безопасные для живых организмов соединения. Вот если все бомбы и контейнеры рассыплются разом и произойдет залповый выброс отравы, тогда эти бактерии могут погибнуть.
Впрочем, никто не знает, что тогда случится. Мы можем быть уверены лишь в одном: жернова природы вращаются медленно, но верно, и, если ее не напрягать, она нас простит и спасет.
Из 1018 т воды на Земле на пресную воду приходятся всего лишь 3%, из которых 80% недоступны для использования, поскольку представляют собой лед, образующий полярные шапки. Пресная вода оказывается доступной человеку в результате участия в гидрологическом цикле, или круговороте воды в природе, который схематически изображен на рис. 12.3. Ежегодно в круговорот воды, в результате ее испарения и выпадения осадков в виде дождя или снега, вовлекается приблизительно 500000 км3 воды. По теоретическим подсчетам максимальное количество пресной воды, доступное для использования, составляет приблизительно 40 000 км3 в год. Речь идет о той воде, которая стекает с поверхности земли в моря и океаны (так называемый сток).
Круговорот воды в природе известен с ветхозаветных библейских времен:
«Бегут все реки в море, - а море не переполнится,
К месту, куда реки бегут, -
Туда они продолжают бежать».
Книга Экклесиаст, 1:7.
Рис. 12.3. Круговорот воды в природе.
Использование пресной воды принято подразделять на многократное использование и безвозвратное расходование. В соответствии с этим пресную воду также иногда подразделяют на используемую многократно и расходуемую безвозвратно.
Многократное использование воды может быть проиллюстрировано на таких примерах, как навигация, рыбоводство и получение гидроэлектроэнергии.
Безвозвратно расходуемая пресная вода становится уже недоступной для повторного использования. К ней относится пресная вода, которая после употребления оказалась потерянной в результате испарения (в том числе листьями растений); вода, вошедшая в состав продуктов, а также вода стока, достигшая моря (океана) и смешавшаяся с соленой водой. Безвозвратный расход пресной воды во всем мире составляет от 2500 до 3000 км3 в год, причем из этого количества приблизительно 10% расходуется в бытовых целях, 8% в промышленности, а подавляющее большинство -82% идет на ирригацию в сельском хозяйстве.
Расход воды в бытовых целях. В бытовых целях вода расходуется для питья, приготовления пищи, стирки, мытья, смыва нечистот в канализацию и поливки садов и улиц.
В Европе средний расход воды в бытовых целях на душу населения составляет приблизительно 230 л в день. Это приблизительно столько же, как и во времена Римской империи. На бытовые цели расходуется приблизительно 10% всей воды, потребляемой человечеством.
Расход воды в промышленных целях. Свыше 85% воды, используемой в промышленных целях, расходуется в процессах охлаждения. Остальная часть расходуется в процессах мойки, промывки газов, для гидротранспорта и в качестве растворителя. Приблизительно полмиллиона литров воды расходуется на выпуск каждого легкового автомобиля; это количество включает как безвозвратно расходуемую воду, так и воду повторного использования.
В промышленных целях расходуется приблизительно 8% всей используемой в мире воды.
Расход воды и сельском хозяйстве. На сельское хозяйство приходится 82% расхода воды во веем мире. Эта вода используется для ирригации. Для выращивания одной тонны хлопка необходимо 11 000 миллионов литров воды. Для выращивания спелой тыквы требуется 150 л воды.
Расход воды для получения гидроэнергии. Свыше 50% всего притока воды в Великобритании расходуется на электростанциях. Воду используют на гидроэлектростанциях, а также на тепловых электростанциях - для создания пара, вращающего турбины, и в целях охлаждения. Хотя электростанции расходуют огромное количество воды, она используется практически без потерь, в замкнутом цикле.
Согласно имеющимся оценкам, к двадцать первому столетию уровень потребления воды во всем мире должен превысить ее естественное поступление. Чтобы решить эту проблему, разрабатываются различные способы получения пресной воды, которые описаны ниже.
Увеличение притока пресной воды. Большая часть воды, стекающей с поверхности земли в океаны, пропадает бесполезно для нужд человека. Строительство резервуаров и бурение скважин для извлечения грунтовых вод повышает количество воды, используемой человеком до того, как она попадает в океаны.
В жаркую погоду большие количества воды теряются из озер и резервуаров в результате испарения. Этому можно воспрепятствовать, покрывая поверхность воды тонкой пленкой спирта гексадеканола-1.
Использование морской воды и солоноватых вод. Пресную воду можно получать из морской воды обессоливанием в результате вакуумной перегонки в выпарных аппаратах.
Перегонка воды в них осуществляется при пониженном давлении. Однако этот метод требует больших затрат энергии и экономичен только в таких странах, как, например, Кувейт, где энергия доступна по сравнительно невысоким ценам, а дождевой воды крайне мало.
Пресную воду можно получать также с помощью электродиализа (см. разд. 10.3) из солоноватой воды. Такая вода находится в устьях рек; она имеет промежуточную соленость между пресной речной и соленой морской водой.
В настоящее время во всем мире действует свыше 2000 заводов по опреснению воды. Для обессоливания воды используются не только методы вакуумной перегонки и электродиализа, но также методы вымораживания, ионного обмена и обратного осмоса.
питьевая вода гигиенический качество
Пресные водные ресурсы существуют благодаря вечному круговороту воды. В результате испарения образуется гигантский объем воды, достигающий 525 тыс. км3 в год.
86% этого количества приходится на соленые воды Мирового океана и внутренних морей - Каспийского. Аральского и др.; остальное испаряется на суше, причем половина благодаря транспирации влаги растениями. Каждый год испаряется слой воды толщиной примерно 1250 мм. Часть ее вновь выпадает с осадками в океан, а часть переносится ветрами на сушу и здесь питает реки и озера, ледники и подземные воды. Природный дистиллятор питается энергией Солнца и отбирает примерно 20% этой энергии.
Всего 2% гидросферы приходится на пресные воды, но они постоянно возобновляются. Скорость возобновления и определяет доступные человечеству ресурсы. Большая часть пресных вод - 85% - сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Скорость водообмена здесь меньше, чем в океане, и составляет 8000 лет. Поверхностные воды суши обновляются примерно в 500 раз быстрее, чем в океане. Еще быстрее, примерно за 10 - 12 суток, обновляются воды рек. Наибольшее практическое значение для человечества имеют пресные воды рек.
Реки всегда были источником пресной воды. Но в современную эпоху они стали транспортировать отходы. Отходы на водосборной территории по руслам рек стекают в моря и океаны. Большая часть использованной речной воды возвращается в реки и водоемы в виде сточных вод. До сих пор рост очистных сооружений отставал от роста потребления воды. И на первый взгляд в этом заключается корень зла. На самом деле все обстоит гораздо серьезнее. Даже при самой совершенной очистке, включая биологическую, все растворенные неорганические вещества и до 10% органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Такая вода вновь может стать пригодной для потребления только после многократного разбавления чистой природной водой. И здесь для человека важно соотношение абсолютного количества сточных вод, хотя бы и очищенных, и водного стока рек.
Мировой водохозяйственный баланс показал, что на все виды водопользования тратится 2200 км воды в год. На разбавление стоков уходит почти 20% ресурсов пресных вод мира. Расчеты на 2000 г. в предположении, что нормы водопотребления уменьшатся, а очистка охватит все сточные воды, показали, что все равно ежегодно потребуется 30 - 35 тыс. км3 пресной воды на разбавление сточных вод. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Количество пресной воды не уменьшается, но ее качество резко падает, она становится не пригодной для потребления.
Человечеству придется изменить стратегию водопользования. Необходимость заставляет изолировать антропогенный водный цикл от природного. Практически это означает переход на замкнутое водоснабжение, на маловодную или малоотходную, а затем на "сухую" или безотходную технологию, сопровождающуюся резким уменьшением объемов потребления воды и очищенных сточных вод.
Запасы пресной воды потенциально велики. Однако в любом районе мира они могут истощиться из-за нерационального водопользования или загрязнения. Число таких мест растет, охватывая целые географические районы. Потребность в воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения мира. Объем потребляемой воды зависят от региона и уровня жизни и составляет от 3 до 700 л в сутки на одного человека. Потребление воды промышленностью также зависит от экономического развития данного района. Например, в Канаде промышленность потребляет 84% всего водозабора, а в Индии - 1%. Наиболее водоемкие отрасли промышленности: сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит почти 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. В среднем в мире на промышленность уходит примерно 20% всей потребляемой воды. Главный же потребитель пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 70-80% всей пресной воды. Орошаемое земледелие занимает лишь 15-17% площади сельскохозяйственных угодий, а дает половину всей продукции. Почти 70% посевов хлопчатника в мире существует благодаря орошению.
Суммарный сток рек СНГ (СССР) за год составляет 4720 км3. Но распределены водные ресурсы крайне неравномерно. В наиболее обжитых регионах, где проживает до 80% промышленной продукции и находится 90% пригодных для сельского хозяйства земель, доля водных ресурсов составляет всего 20%. Многие районы страны недостаточно обеспечены водой. Это юг и юго-восток европейской части СНГ, Прикаспийская низменность, юг Западной Сибири и Казахстана, и некоторые другие районы Средней Азии, юг Забайкалья, Центральная Якутия. Наиболее обеспечены водой северные районы СНГ, Прибалтика, горные районы Кавказа, Средней Азии, Саян и Дальнего Востока.
Сток рек изменяется в зависимости от колебаний климата. Вмешательство человека в естественные процессы затронуло уже и речной сток. В сельском хозяйстве большая часть воды не возвращается в реки, а расходуется на испарение и образование растительной массы, так как при фотосинтезе водород из молекул воды переходит в органические соединения. Для регулирования стока рек, не равномерного в течение года, построено 1500 водохранилищ (они регулируют до 9% всего стока). На сток рек Дальнего Востока, Сибири и Севера европейской части страны хозяйственная деятельность человека пока почти не повлияла. Однако в наиболее обжитых районах он сократился на 8%, а у таких рек, как Терек, Дон, Днестр и Урал - на 11 - 20%. Заметно уменьшился водный сток в Волге, Сырдарье и Амударье. В итоге сократился приток воды к Азовскому морю - на 23%, к Аральскому - на 33%. Уровень Арала упал на 12,5 м.
При получении питьевой воды различают две основные группы по ее происхождению: подземные воды и поверхностные воды. Группа подземных вод подразделяется на:
Поверхностные воды, в свою очередь, подразделяют таким образом:
Вода является наиболее распространенным веществом на нашей планете: хотя и в разных количествах, она доступна повсеместно, и играет жизненно важную роль для окружающей среды, и живых организмов. Наибольшее значение имеет пресная вода, без которой человеческое существование невозможно, и заменить ее ничем нельзя. Люди всегда потребляли свежую воду и использовали ее в различных целях, включая бытовое, сельскохозяйственное, промышленное и рекреационное использование.
Вода существует в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Она образует океаны, моря, озера, реки и подземные воды, находящиеся в верхнем слое коры, и почвенного покрова Земли. В твердом состоянии, она существует в виде снега и льда в полярных, и горных районах. Определенное количество воды содержится в воздухе в виде водяного пара. Огромные объемы воды находятся в составе различных минералов земной коры.
Выявить точное количество запасов воды во всем мире довольно сложно, поскольку вода динамичная и находится в постоянном движении, изменяя свое состояние от жидкого до твердого и газообразного, и наоборот. Как правило, общее количество водных ресурсов мира оценивается как совокупность всех вод гидросферы. Это вся свободная вода, существующая во всех трех агрегатных состояниях в атмосфере, на поверхности Земли и в земной коре до глубины 2000 метров.
Текущие оценки показали, что на нашей планете содержится огромное количество воды - около 1386000000 кубических километров (1,386 млрд. км³). Однако 97,5% этого объема - соленая вода и только 2,5% - пресная. Большая часть пресной воды (68,7%) находится в виде льдов и постоянных снежных покровов в Антарктике, Арктики, и горных районах. Далее, 29,9% существует как грунтовые воды, и только 0,26% от общего количества пресной воды на Земле сосредоточено в озерах, водохранилищах и речных системах, где они наиболее легко доступны для наших экономических потребностей.
Эти показатели были рассчитаны за длительный промежуток времени, однако если принимать во внимание более короткие периоды (один год, несколько сезонов или месяцев), количество воды в гидросфере может изменяться. Это связано с обменом воды между океанами, землей и атмосферой. Этот обмен, как правило, называется , или глобальным гидрологическим циклом.
Пресная вода содержит минимальное количество солей (не более 0,1%) и подходит для человеческих потребностей. Однако, не все ресурсы доступны для людей, а даже те, которые доступны не всегда пригодны для использования. Рассмотрим источники пресной воды:
Основными объектами водных ресурсов являются:
В течение многих сотен лет воздействие человека на водные ресурсы было незначительным и носило исключительно локальный характер. Великолепные свойства воды - ее возобновление благодаря круговороту и возможность очищаться - делают пресную воду относительно очищенной и обладающей количественными и качественными характеристиками, которые будут неизменными в течение длительного времени.
Однако, эти особенности воды породили иллюзию неизменности и неисчерпаемости данных ресурсов. Исходя из этих предубеждений возникла традиция небрежного использования чрезвычайно важных водных ресурсов.
Ситуация сильно изменилась за последние десятилетия. Во многих частях мира были обнаружены результаты долгосрочных и неправильных действий по отношению к столь ценному ресурсу. Это касается как прямого использования воды, так и косвенного.
Во всем мире в течение 25-30 лет наблюдается массовое антропогенное изменение в гидрологическом цикле рек и озер, влияющих на качество воды и их потенциал в качестве природного ресурса.
Объем водных ресурсов, их пространственное и временное распределение, определяются не только естественными колебаниями климата, как ранее, но теперь также по видам экономической деятельности людей. Многие части мировых водных ресурсов становятся настолько истощенными и сильно загрязненными, что они уже не в состоянии удовлетворить постоянно растущие потребности. Это может
стать основным фактором, препятствующим экономическому развитию и росту численности населения.
Основными причинами загрязнения водных ресурсов являются:
Бытовые, промышленные и сельскохозяйственные сточные воды приводят к загрязнению многих рек и озёр.
Захоронение мусора в морях и океанах может вызвать огромные проблемы, ведь оно отрицательно сказывается на живых организмах, которые обитают в водах.
Промышленность - это огромный источник загрязнений вод, который производит вещества, вредные для людей и окружающей среды.
Радиоактивное загрязнение, при котором в воде находится высокая концентрация радиации, является самым опасным загрязнением и может распространяться в океанические воды.
Разлив нефти несет угрозы не только водным ресурсам, но и поселениям людей, расположенным вблизи загрязненного источника, а также всем биологическим ресурсам, для кого вода является средой обитания или жизненно важной необходимостью.
Большое количество нефти и нефтепродуктов хранятся в резервуарах, изготовленных из стали, которая со временем подвергается коррозии, что в следствии создает утечки вредных веществ в окружающую почву и грунтовые воды.
Атмосферные осадки, такие как кислотные осадки, образовываются при загрязнении воздуха и изменяют кислотность воды.
Повышение температуры воды вызывает гибель многих живых организмов и разрушает большое количество мест обитания.
Эвтрофикация - процесс снижения качественных характеристик воды, связанный с чрезмерным обогащением питательными веществами.
Водные ресурсы предусматривают рациональное использование и охрану, начиная от частных лиц до предприятий и государств. Существует много способов, благодаря которым мы можем уменьшить наше воздействие на водную среду. Вот некоторые из них:
Такие факторы, как изменение климата, рост численности населения и увеличение засушливости усиливают давление на наши водные ресурсы. Лучшим способом сохранить воду является сокращения потребления и избежание роста сточных вод.
На бытовом уровне, есть много способов для экономии воды, такие как: более короткий душ, установка водосберегающих приборов, стиральные машины с низким расходом воды. Другой подход заключается в высаживании садов, которые не требуют большого количества воды.
