 |
Коммунальное, промышленное и сельскохозяйственное водоснабжение
|
|
|
|
Введение
Все природные воды на Земле находятся в непрерывном круговороте. Круговорот воды в природе происходит под воздействием солнечной энергии и силы тяжести. Подсчитано, что на его осуществление расходуется около 23% всей достигающей Землю солнечной энергии. Распределение вод Мирового океана и суши неравномерно (в северном полушарии суша занимает 39, в южном – только 19% его поверхности), и количество поступающей в различные районы Земли солнечной энергии изменяется по сезонам года, что приводит к фазовым переходам воды (ее замерзанию, таянию, конденсации водяных паров и испарению).
Благодаря постоянному круговороту общее количество воды в гидросфере не уменьшается. Ежегодно в нем участвует 577 тыс. км3 воды, что составляет 0,04% от всех ее запасов на Земле. С поверхности океана испаряется 505 тыс., суши – 72 тыс. км3 воды в год; выпадает в виде атмосферных осадков: на поверхность океана – 458 тыс., суши – 119 тыс. км3 /год. Разность между осадками и испарением с поверхности океана, равная 47 тыс. км3 /год, представляет собой объем воды, который идет на пополнение рек, озер, болот, подземных вод и ледников.
Круговорот воды объединяет в единый механизм все водные ресурсы, где бы они не находились – в океане, атмосфере, биосфере, земной коре. В результате круговорота возникает единство всех природных вод Земли, на что указывали В. И. Вернадский, В. Г. Глушков.
Большой круговорот на Земле состоит из трех основных звеньев: океанического, химического и материкового. В материковом звене выделяют звенья меньших размеров: литогенное, почвенное, речное, озерное, ледниковое, биологической и хозяйственное. Различные звенья круговорота неравнозначны по их хозяйственной ценности. Так, самые значимые – биологическое и почвенное звенья круговорота являются основой обеспечения водой населения и развития сельского хозяйства. Именно эти звенья подвергаются наибольшему целенаправленному преобразованию в результате создания водохранилищ и прудов, проведения мелиоративных мероприятий. Гидротехнической строительство и мелиоративные мероприятия осуществляются с целью искусственного замедления круговорота воды, а в некоторых случаях – ускорения, образуя в целом его хозяйственное звено.
|
|
|
В качестве водных ресурсов обычно рассматриваются не все пресные воды, а только доступные для использования. Они оцениваются двумя основными показателями: статическими, или вековыми, запасами воды (км3 или м3) и возобновляемыми (км3/год или м3/сек). К статическим запасам относятся воды, единовременно находящиеся в таких водных объектах, как реки, озера. Болота и ледники, в водоносных породах земли. Возобновляемые воды – та их часть, которая периодически возобновляется в водных объектах благодаря происходящему на Земле круговороту воды.
Водные ресурсы, их значение и роль в жизни общества
Водные ресурсы – это запасы поверхностных и подземных вод суши, которые используются в процессе материального производства или могут быть вовлечены в него. К концу ХХ в. они стали фактором, лимитирующим развитие производительных сил во многих странах и даже на континентах. Это связано с тем, что ряд регионов мира начали испытывать дефицит воды. Такое положение обусловило необходимость качественного и количественного сохранения водных ресурсов.
Достижения научно-технического прогресса постоянно создают предпосылки для более полного использования вод благодаря рациональной организации водосберегающих технологий, включение в хозяйственный оборот ранее не использовавшихся вод (солоноватых, соленых и др.), созданию различных гидротехнических сооружений, регулирующих речной сток для хозяйственных целей. Все большее внимание уделяется изучению многолетних и сезонных колебаний, процессам возобновления водных ресурсов, асинхронности их распределения по крупным регионам. Учет этих особенностей при оценке водных ресурсов позволяет более равномерно и рационально организовывать их использование.
|
|
|
Использование водных ресурсов в народном хозяйстве
Коммунальное, промышленное и сельскохозяйственное водоснабжение
Коммунальное водоснабжение. Доля коммунального водоснабжения в общем объеме потребляемой воды как в целом в мире, так и в России относительно невелика, но для жизни общества оно имеет решающее значение. Отсутствие чистой питьевой воды – одна из главных причин тяжелых инфекционных болезней. Свыше половины населения мира пользуется водой, не отвечающей санитарно-гигиеническим требованиям.
В России в отношении коммунально-бытового водоснабжения принят самый высокий показатель обеспеченности – 97% по числу бесперебойных лет. Коммунально-бытовое водоснабжение призвано удовлетворять потребности населения в воде, поэтому к ее качеству предъявляются очень высокие требования, как по физическим свойствам, так и по химическим и бактериологическим показателям. Для приведения качества воды в соответствие с санитарно-гигиеническими нормативами ее фильтруют, коагулируют, с целью дезинфекции хлорируют или фторируют, для улучшения вкусовых качеств обогащают аммиаком.
Нормы хозяйственно-питьевого водоснабжения зависят от благоустройства жилого фонда населенного пункта, климатических, а нередко и исторических условий.
Около 60% воды на коммунальное водоснабжение забирается из поверхностных и немногим более 40% из подземных источников, обладающих наилучшим качеством вод в связи с их минимальным загрязнением химическими веществами химическими веществами и патогенными микробами.
Дальнейшее совершенствование водопользования в коммунальном хозяйстве требует проведения ряда мероприятий, среди которых следует назвать: централизованное водоснабжение в ближайшие годы всего городского населения (в настоящее время – 98% городов и 86% поселков городского типа); всемирную экономию и снижение потерь питьевой воды; стабилизацию удельного водопотребления; разработку и внедрение усовершенствованных систем подачи и распределения воды; существенное повышение уровня механизации и автоматизации технологических процессов водопользования.
|
|
|
Водоснабжение промышленности. Промышленность является одним из крупнейших потребителей воды. Разные отрасли предъявляют различные требования к количеству и качеству воды. Так, на производство 1 т хлопчатобумажной ткани расходуется около 250 м3 воды, 1 т синтетического волокна – 2500-5000 м3. Много воды требуется химической промышленности. Следует иметь в виду, что на предприятиях одной и той же отрасли в зависимости от технологического уровня производства на получение 1 т продукции используется различное количество воды, например на производство 1 т нефти требуется от 0,1 до 50 м3 воды. Обычно расход воды на родственных предприятиях различается в 5-10 раз.
Вода в промышленном производстве используется как сырье, растворитель. Теплоноситель, наконец, как среда, поглощающая и транспортирующая растворенные примеси. Более всего ее в промышленности используется для охлаждения: например в теплоэнергетике – 85% от общего расхода; основное количество воды на эти же цели идет и на металлургических заводах.
В условиях намечаемого ускорения развития промышленного производства важное значение приобретает выполнение мероприятий, направленных на совершенствование использования водных ресурсов. Важнейшее значение среди этих мероприятий имеют следующие: нормирование количества и качества воды, расходуемой в различных отраслях промышленности на единицу продукции; дальнейшее наращивание мощностей систем оборотно-повторного водоснабжения и замкнутых систем водоснабжения и замкнутых систем водопользования; применение в ряде отраслей промышленности очищенных сточных вод коммунального хозяйства; всемирное сокращение утечки воды; утилизация осадков в стоках промышленных предприятий и их обработка в целях дальнейшего использования в народном хозяйстве.
|
|
|
Сельскохозяйственное потребление. Годовое потребление воды в сельской местности в нашей стране составляет около 12 км3. Основными потребителями воды являются сельские населенные пункты, животноводство, предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции, а также производственные зоны по обслуживанию техники.
В целом 33% сельских населенных пунктов имеют централизованное водоснабжение. По сравнению с коммунально-бытовым водоснабжением городов состояние водозаборных сооружений в сельской местности находится на более низком техническом уровне.
Для сельскохозяйственного водоснабжения в основном используются подземные воды. Использование поверхностных вод широко распространено лишь в некоторых районах России – Поволжском, Западно-Сибирском и Дальневосточном (30-35%).
Значительным потребителем воды в сельской местности является животноводство. Вода, забираемая на нужды животноводства, должна удовлетворять тем же требованиям, которые предъявляются к воде, используемой для хозяйственно-питьевых целей. Поение скота загрязненной водой снижает продуктивность животных на 40-70%. В южных районах страны животноводство не может развиваться без обводнения обширных пастбищ, которые, как правило, имеют очень ограниченные водные ресурсы.
Для улучшения сельскохозяйственного водоснабжения требуются: внедрение централизованных систем водоснабжения и водоотведения с сооружениями биологической очистки сточных вод; увеличение оборотного и повторного применения вод; тщательная очистка стоков и использование их для полива сельскохозяйственных культур; совершенствование водозаборов из поверхностных источников; опреснение минерализованных вод; использование солнечной энергии и энергии ветра для подъема воды. Повышение благоустройства сельских населенных пунктов и рост объема сельскохозяйственной продукции неизбежно приведут к росту сельскохозяйственного водоснабжения и водоотведения в ближайшей перспективе.
Тысячелетиями люди использовали реки, озера, моря для сброса в них загрязненных сточных вод, и практически повсеместно до начала XX в. это не вызывало особого беспокойства. Солнце, воздух и растворенный в воде кислород обеспечивали самоочищение водных объектов. Всего несколько десятилетий назад загрязненные воды ниже какого-либо города через 20-30 км совершенно чистыми и забирались водозаборами другого, расположенного ниже по течению населенного пункта. Однако рост городов, бурное развитие промышленности, энергетики, водного транспорта, увеличение добычи полезных ископаемых, площадей орошаемых земель вели с каждым годом ко все большему загрязнению вод. Загрязненными оказались не только ручьи, небольшие реки и озера, но и моря и даже океаны.
|
|
|
Современное состояние качества воды в водных объектах
При жизни нынешнего поколения людей исчезла иллюзия о неисчерпаемости водных ресурсов на Земле. Количество стоков, спускаемых в реки и озера, во многих районах мира выросло настолько, что, обладая самоочищающей способностью, водоемы и водотоки уже не смогли восстанавливать нарушенное равновесие условий в них. За 30-40 лет в сточные канавы превратились р. Рейн, Сена, Темза, Северн, Тибр, Миссисипи, Огайо, Потомак, оз. Эри. В угрожающем положении оказались Волга, Амур, Днепр, ряд озер нашей страны. Когда пленки нефтяного загрязнения, распространявшиеся от берегов Западной Европы и Северной Америки, сомкнулись в северной части Атлантического океана, стало ясно, что дальнейшее непринятие мер по сохранению чистоты воды грозит человечеству гибелью.
Во многих странах этой проблемой начали заниматься на уровне правительств, на ее решение были выделены большие средства. Однако ряд капиталистических индустриальных стран весьма своеобразно подошли к наведению порядка в своих внутренних водоемах. С одной стороны, они разработали мероприятия по предотвращению или ликвидации загрязнения, вложив в это крупные средства, с другой – стали переводить предприятия, наиболее сильно загрязняющие водные объекты, в развивающиеся страны. Это помогло улучшить ситуацию в индустриальных странах, но не сняло проблему на планете в целом, поскольку началось катастрофическое загрязнение рек и водоемов в развивающихся странах, загрязнение Мирового океана.
Источники и возможные пути загрязнения поверхностных и подземных вод
Источники загрязнения водных объектов чрезвычайно многообразны. Прежде всего, это стоки городов и промышленных предприятий. В последние годы в ряде районов с ними «конкурируют» стоки животноводческих комплексов и воды, поступающие с ирригационных массивов и богарных земель. В целом по стране в водные объекты сбрасывается 163 км3 сточных вод, в том числе 7 км3 неочищенных и 9 км3 недостаточно очищенных. Сказываясь на состоянии водных объектов, загрязнение наносит ущерб и экономике, так как, например, со стоками промышленных предприятий теряются ценные продукты.
Во многих регионах мира загрязнение вод все больше связывается с атмосферными осадками. Определенную роль в ухудшении качества воды играет изменение режима рек и озер. Загрязнение водосборной площади, закачка промышленных стоков в подземные горизонты, фильтрация и утечка вод из различных отстойников и накопителей приводят к загрязнению и подземных вод. Все это вызывает нарушение функционирования экосистем, снижает их биопродуктивность, в ряде случаев вырождаются ценные виды флоры и фауны, причиняется прямой ущерб здоровью человека.
Доля промышленности в загрязнении поверхностных вод в целом по России, по некоторым расчетам, составляет около 70-80%.
Наиболее распространенным, опасным и повсеместным источником загрязнения воды являются нефтепродукты. Этому способствуют широкое использование нефти и нефтепродуктов в различных отраслях народного хозяйства, добыча нефти в прибрежных районах и на шельфах внутренних морей, транспортировка ее водным, железнодорожным и автомобильным транспортом, а также по трубопроводам. Попав в водоем, 1 т нефти растекается по поверхности площадью 12 км3. Особо сильные бедствия народное хозяйство терпит во время тех или иных аварий при добыче и транспортировке нефти.
Существенный источник загрязнения воды – коммунальное хозяйство населенных пунктов. В составе коммунальных стоков наряду с фекальными водами, которые содержат особо опасные для здоровья человека яйца гельминтов, а также болезнетворные микробы и вирусы, имеется много вредных соединений, сбрасываемых предприятиями пищевой промышленности, автомобильного транспорта, общественного питания, торговли. Причем, если в настоящее время по количеству отводимых в водные объекты стоков на первом месте стоит промышленность, то в перспективе, при повышении культуры производства и по мере роста благоустройства населенных пунктов и их числа, это соотношение будет изменяться, и количество бытовых сточных вод возрастет. Ливневые стоки с городских территорий, общая площадь которых составляет многие десятки тысяч квадратных километров, включают значительное количество нефти, органических продуктов. В отличие от бытовых и промышленных они большей частью не подвергаются очистке. Эти стоки поступают в водоемы в период весеннего снеготаяния и интенсивных и продолжительных дождей.
Одним из источников загрязнения вод является сельское хозяйство. Основными загрязняющими ингредиентами в поверхностном стоке с сельскохозяйственных угодий выступают частицы почвы, органическое вещество (гумус), удобрения и пестициды, вредные микроорганизмы. Из внесенных на склоновые земли удобрений вымывается до 20% азота, 2-5% фосфора и 10-70% калия. Вынос пестицидов с богарных земель достигает 1%, с орошаемых – до 4% от внесенного количества. Поскольку стоки с полей невозможно пропустить через очистные сооружения, опасность загрязнения вод удобрениями и пестицидами трудно переоценить. Животноводческие комплексы и фермы, как правило, располагаются на берегах водоемов и рек. При отсутствии жижесборников и навозохранилищ их отходы смываются ливневыми стоками или спускаются в водные объекты. Эти отходы содержат яйца гельминтов и патогенные микроорганизмы. В России в год животноводческими комплексами и фермами спускается в водоемы более 1 млрд. м3 отходов, что соответствует по степени загрязнения биогенными элементами количеству бытовых вод от городов с суммарной численностью населения около 300 млн. человек. Общий годовой сток крупных птицефабрик в 1,5 раза превышает объем сточных вод животноводства.
Водный транспорт представляет угрозу для чистоты водоемов и водотоков в случае прямого сброса в них отходов, особенно подсланевых вод, сильно загрязненных нефтепродуктами. Значительное количество нефти попадает в водные объекты при перевозке ее танкерами, сливании балластной воды, которой заполняются танкеры для придания им устойчивости во время холостых ходов и которую нередко сбрасывают в водоемы, чтобы не терять время на станциях промывки. Аварии же танкеров приводят к неисчислимым бедствиям, губят флору и фауну, нарушая условия водоснабжения населенных пунктов и выводя из строя пляжи.
Такой источник загрязнения водных объектов, как атмосферные осадки, содержит промышленные выбросы. Ежегодно в атмосферу Земли поступает более 53 млн. т оксидов азота, 200 млн. т оксида углерода, около 150 млн. т диоксида серы, 200-250 млн. т пыли и 120 млн. т золы. Твердые частицы перемещаются воздушными потоками на большие или меньшие расстояния и нередко выпадают непосредственно на водную поверхность. Газообразные выбросы, растворяясь в атмосферной влаге, выпадают на поверхность Земли в виде «кислотных» дождей иногда на расстоянии многих сотен километров от мест их зарождения. От «кислотных» дождей особенно сильно страдают озера и леса.
Среди подземных вод в наибольшей степени от загрязнения страдают грунтовые, поскольку артезианские водные горизонты, перекрытые водоупорными породами, находятся в более благоприятных условиях.
Отмечается как бактериальное, так и химическое загрязнение подземных вод. Основными источниками бактериального загрязнения подземных вод служат поля ассенизации и фильтрации, скотные дворы, разного рода выгребные ямы, неисправные канализационные сети. В случае перекрытия источника загрязнения самоочищение бактериально-загрязненных вод происходит очень быстро.
Итак, деятельность человека существенно изменила объем и скорость массоэнергетических потоков, в результате чего водные объекты теряют возможность самоочищения и в некоторых случаях превращаются в мертвые.
|
|
|
