Исследование качества питьевой воды

Система пресной воды в мире, в том числе и питьевой, претерпевает острый кризис. Актуальна эта проблема и в нашей стране. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) объявила текущее десятилетие десятилетием питьевой воды.

Необходимость воды для обеспечения жизнедеятельности человека обусловлена ролью, которую она играет в круговороте природы, а также в удовлетворении физиологических, гигиенических, рекреационных, эстетических и других потребностей человека. Решение проблемы удовлетворения потребностей человека в воде для различных целей тесно связано с обеспечением ее необходимого качества. Развитие промышленности, транспорта, перенаселение ряда регионов планеты привели к значительному загрязнению гидросферы.

По данным ВОЗ, около 80% всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно – гигиенических норм водоснабжения. В мире 2 млрд. человек имеют хронические заболевания в связи с использованием загрязненной воды.

По оценке экспертов ООН, до 80% химических соединений, поступающих во внешнюю среду, рано или поздно попадают в водоисточники. Ежегодно в мире сбрасывается более 429 км3 сточных вод, которые делают непригодными около 7 тыс. км3 воды.

Серьезную опасность для здоровья населения представляет химический состав воды. В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно несет большое количество различных элементов и соединений, соотношение которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород.

Питьевая вода г. Старый Оскол и Старооскольского района и явилась объектом нашего исследования.

ВОДА – СРЕДА ЖИЗНИ.

В ходе эволюции вода создала окружающую нас природу, живой мир и самого человека: именно водная среда могла обеспечить все требования к возникновению и развитию жизни.

Вода обеспечивает существование жизни на нашей планете: сложнейшие биохимические реакции в клетках животных и растительных организмов могут протекать только при наличии воды. Все живые существа на Земле содержат воду в большем или меньшем количестве, в среднем около 70–80%, т. е. на ¾ состоят из воды. С химической точки зрения живое вещество – это водный раствор, и почти все процессы, обеспечивающие его жизнедеятельность, сводятся к химическим реакциям в водном растворе.

По солевому составу кровь человека и морская вода очень близки. Кровь человека составляет десятую часть от всей жидкости в его теле и обеспечивает возможность обмена веществ в организме. Для поддержания жизни человек должен получать около 2,5 л воды в сутки. В среднем за всю жизнь человек потребляет и выделяет около 75 т воды, а всё человечество – почти четвёртую часть годового стока всех рек мира. Без воды человек не проживёт и недели, погибнет от жажды. Обезвоживание организма приводит к серьёзным нарушениям функционирования различных органов. Человек тяжело переносит потерю 5% воды, а обезвоживание на 15 – 25% приводит к необратимым изменениям в организме и к смерти.

Таким образом, природная вода – это продукт, необходимый для жизнедеятельности всех живых организмов.

ОБЩИЕ РЕСУРСЫ ПРЕСНОЙ ВОДЫ.

Большое значение для жизни на Земле и хозяйственной деятельности человека имеет водный баланс пресной ветви планетарного круговорота воды. Пресной считается вода, в 1 л которой содержится не более 1 г растворённых веществ (солей). Иными словами, пресная вода – это вода с солёностью не более 1%. Для сравнения: средняя солёность морской воды составляет 35%.

Важнейший момент происхождения пресной воды – испарение и выпадение атмосферных осадков в системе «океан – атмосфера». Таким образом, солёная вода Мирового океана обеспечивает Землю пресной водой!

Основные запасы пресной воды на Земле сосредоточены в снежно-ледовитых образованиях и в подземных водах – около 35 млн. км3, или 2,5% от всего объёма воды в гидросфере. Хотя снежно – ледовые образования и подземные воды и играют существенную роль в водоснабжении некоторых районов, всё же они труднодоступны, и в мировом масштабе их использование пока не имеет практического значения. Кроме того, пресные подземные воды располагаются лишь до глубины активного водообмена, формирующегося за счёт атмосферных осадков, т. е. глубины 200 – 1500 м. большая часть подземных вод, находящихся на нижних горизонтах,– солёные воды.

Непосредственно доступные пресные воды (пресные озёра, содержащие 91 тыс. км3 воды, и реки) составляют лишь 0,007% от всей воды на Земле, или 0,26% от общего запаса пресных вод на Земле. Самое большое в мире по запасам пресной воды озеро Байкал содержит 23 тыс. км3 воды, столько же – великие американские озёра. Таким образом, на эти озёра приходится половина запасов воды пресных озёр всего мира.

Структура водного фонда России такова:

• мировой океан – 93,6%;

• подземные воды – 4%;

• ледники, снежный покров – 2%;

• реки, озёра и другие источники пресной воды – 0,4%.

МИРОВОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ ПРЕСНОЙ ВОДЫ.

Объём мирового потребления пресной воды за последнее столетие увеличился на порядок, причём наибольший рост приходится на последнюю четверть столетия. В настоящее время ежегодное мировое потребление пресной воды составляет 5 – 6 тыс. км3, или более 10% ресурсов пресной воды на Земле. В Российской Федерации в последние пять лет годовое потребление составляет 90–100 км3, или порядка 2% мирового водопотребления. Напряжённость с пресной водой возникает, прежде всего, в тех регионах и странах, где скорость потребления пресной воды выше скорости возобновления её запасов. В ряде регионов России забор воды из водоисточников в средний по водности год достигает 50% от ресурсов пресной воды данного региона и даже больше. Обобщённая структура водопотребления в России такова:

• промышленность – 54%;

• сельское хозяйство – 23%;

• коммунально-бытовое хозяйство – 23%.

Расход воды на нужды промышленного производства очень велик. Вода – компонент большинства промышленных технологий и энергетических установок. Например, для получения 1 т меди расходуется 500 м3, 1 т никеля – почти 4000 м3 чистой пресной воды.

Добыча нефти и подавляющее большинство нефтехимических процессов её переработки связаны с использованием больших объёмов воды. Объём воды, используемой при российской технологии нефтедобычи, очень велик: более 1000 млн. м3 в год.

Велик расход воды непосредственно на электроэнергетических установках – ТЭС И АЭС: в среднем для получения 1 кВт/ ч электроэнергии требуется до 200 м3 воды. Ежегодная выработка электроэнергии в России составляет около 1000 млрд. кВт/ч.

Так же крупным потребителем пресной воды считается сельское хозяйство. Орошение – одно из средств увеличения объёма сельскохозяйственной продукции, поскольку для выращивания зелёной массы, цветения и плодоношения растениям требуется очень много воды. Так, для получения 1 кг зелёной массы растение расходует на транспирацию от 200 до 1000 м3 воды. Для орошения 1 га зерновых полей в среднем необходимо около 1000 м3 воды, 1 га рисовых полей – от 8000 до 12000 м3 воды. В настоящее время во всём мире орошается почти 300 млн. га земли и 60% мирового водозабора затрачивается на орошение.

Ещё одна из причин сокращения запасов пресной воды – уменьшение водоносности рек, связанное с вырубкой лесов и осушением болот.

Водопотребление в жилищно-коммунальном хозяйстве постоянно увеличивается. Расходы на хозяйственно-питьевое снабжение населения России почти в 3 раза превышают соответствующий мировой показатель. Установленная ВОЗ норма расхода воды на одного городского жителя составляет 200 л/сутки. Расход воды на одного жителя в Лондоне равен 170 л/сутки, в Париже – 160 л/сутки.

Техногенное загрязнение поверхностных вод.

Одна из главных причин дефицита пресной воды на Земле – её загрязнение. Аномальные свойства воды определяют потенциальную возможность накопления в ней самых разнообразных загрязняющих веществ, в том числе патогенных микроорганизмов.

Экологический мониторинг состояния окружающей природной среды в Российской Федерации отмечает, что качество воды большинства водных объектов не отвечает нормальным требованиям; объёмы нормативно очищенных сточных вод, поступающих в поверхностные водоёмы, не превышают 10% от общего объёма сточных вод в эти природные объекты.

По отдельным речным объектам ситуация критическая. Около 1/3 населения России использует для питья воду из естественных источников без прохождения её через очистные сооружения. О качестве такой воды можно судить по ситуации со сбросом загрязнённых вод в бассейны рек Кубань, Енисей, Волга.

Кубань: ежегодный забор воды из реки на все нужды составляет 1,8 м3, или 74% от среднемноголетнего годового стока, при этом 100% сброса сточных вод в реку загрязнённые.

Енисей: среднегодовой объём сброшенных вод составляет 3,9 км3, а объём неочищенных и недостаточно очищенных сброшенных вод составляет 2,329 км3, т. е. очищены до нормативных показателей менее 0,5%.

Волга: среднегодовой забор свежей воды составляет 41% от водозабора в России, или 14% от годового речного стока бассейна реки. Объём сброшенных вод после промышленного, сельскохозяйственного и бытового использования – 22 км3, почти половина его (10,6 км3) – загрязнённые воды, не отвечающие требованиям по санитарно-химическим и бактериологическим показателям, содержащие вредные вещества (фенолы, нефтепродукты, канцерогенные тяжёлые металлы, пестициды и др. ). Объем загрязненных сточных вод, сбрасываемых в бассейн Волги, составляет в последнее время более 30% от общего объёма сточных вод, образующихся на территории России. Бассейн Волги – источник питьевого водоснабжения плотно населённого региона европейской части России, но эффективность очистных сооружений здесь крайне низкая. Уровень загрязнения воды волжских водохранилищ в течение ряда лет остаётся достаточно высоким, качество воды оценивается от «загрязнённой» до «чрезвычайно грязной».

В целом по России из всего объёма сточных вод, поступающих через коммунальные сети в поверхностные водные объекты, более 90% сбрасываются загрязненными из-за крайне неудовлетворительного технического состояния действующих систем водоснабжения и канализации: 60% очистных сооружений перегружены, 40% сооружений эксплуатируются более 25 лет и требуют срочной реконструкции.

КОНТРОЛЬ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНОГО БАССЕЙНА.

Надёжная оценка и прогноз состояния водной системы – очень трудная задача, так как на эту систему воздействуют многочисленные изменчивые во времени антропогенные загрязнители, при попадании которых в водоёмы происходят сложные физико-химические и микробиологические процессы.

В экологическом мониторинге водных объектов важная характеристика уровня их загрязнения – концентрация (мг/л) вредных веществ, содержащихся в водоёме. Обычно эту величину оценивают в единицах предельно допустимых концентраций (ПДК).

Значения ПДК для различных загрязняющих веществ определяют для питьевой и технической воды, а также для воды рыбно-хозяйственных водоёмов. При установлении ПДК какого-либо вещества рассматривают три признака вредности: общесанитарный, органолептический, санитарно-токсикологический.

Под общесанитарной вредностью подразумевают влияние вредных веществ в сточных водах на процессы естественного самоочищения водоёмов от загрязнения их бытовыми или промышленными сточными водами.

Органолептическая вредность определяет изменение свойств воды, которые обнаруживаются органами чувств (неприятный запах, цвет, привкус, повышенная температура, жесткость) и которые ограничивают возможности использования воды.

Под санитарно-токсикологической вредностью понимается влияние содержащихся в воде веществ на здоровье человека при использовании этой воды для водоснабжения населения.

ПДК того или иного вредного вещества устанавливают по тому признаку вредности, которому соответствует наименьшая пороговая концентрация (по лимитирующему признаку вредности).

Если в водоём поступает несколько веществ с одинаковым лимитирующим признаком вредности, то экологическая чистота водоёма определяется выполнением условия:

С1/ПДК1 + С2/ПДК2 + +Сn/ПДКn ≤ 1, или

Σ (Сn / ПДКn) ≤ 1?

Где Сn – концентрация в мг/л, ПДКn – ПДК соответствующего вещества.

1. 6 ПУТИ ПРЕОДОЛЕНИЯ ДЕФИЦИТА ПРЕСНЫХ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ.

В настоящее время проблема охраны и сохранения чистоты пресных вод планеты особенно актуальна из-за возрастающего дефицита пресной воды в связи с ростом населения планеты, огромными расходами на нужды промышленности и сельского хозяйства. Основные направления рационального водопользования, направленного на преодоление дефицита чистой воды и сохранение природных источников чистой пресной воды, показаны на схеме 1.

В настоящее время 60% мирового водозабора чистой пресной воды идёт на орошение почти 300 млн. га земли. Однако несовершенство систем орошения приводит к тому, что до 50% пресной воды в них тратится впустую. Эти потери включают непродуктивное испарение, фильтрацию из каналов и глубинное просачивание воды и становятся сравнимы с водопотреблением объектами промышленности.

Эффективный путь экономии воды в промышленном производстве – создание оборотных систем водоснабжения, разработка методов маловодных и безводных технологий, в частности, в химическом производстве. Внедрение таких технологий в нефтеперерабатывающей промышленности позволяет снизить расходы воды почти в 100 раз.

Природная вода обладает способностью к самоочищению, но при сильном загрязнении оно не происходит из-за нарушения внутриводных биологических процессов. В этом случае необходимо применять специальные меры по очистке сточных вод.

Очистка сточных вод – очень сложный с точки зрения технологии, дорогой с точки зрения экономических затрат, но, безусловно, необходимый процесс, который должен предшествовать сбросу загрязнённых сточных вод.

Методы очистки сточных вод можно подразделить на механическое, химическое, биологическое и физико-химические.

Механическую очистку применяют для выделения из сточных вод нерастворённых минеральных и органических примесей как предварительный этап с целью подготовки к следующим, более глубоким методам очистки. Для этого используют различные решетки, песчаные и другие фильтры, отстойники.

Основные способы химической очистки – нейтрализация и окисление. Нейтрализацию проводят с целью снижения значений pH кислых стоков до близких к нейтральным.

Окисление применяют для обеззараживания сточных вод, содержащих токсичные примеси. В качестве окислителей используют хлор, хлорную известь, озон (разрушает при нормальной температуре многие органические вещества и примеси; получается при электрическом разряде в воздухе или кислороде) и другие окислители. Наряду с хлорированием и озонированием сточных вод широко применяют электрохимическое окисление (электролиз сточной воды).

Биологическая очистка осуществляется сообществом микроорганизмов, включающим множество организмов (водоросли, бактерии). Её применяют для очистки сточных вод от органических загрязнителей, используемых микроорганизмами в качестве пищи.

Физико-химические методы очистки используют обычно в сочетании с другими методами. Добавляя в сточную воду специальные коагулянты (соли алюминия, железа, магния, известь и другие вещества), можно получить крупные частицы вредных веществ, которые оседают на дно. Специальные сорбенты (искусственные и природные пористые материалы, например активированный уголь) поглощают растворённые в воде органические вещества. Флотация – способ отделения твёрдых частиц или капель жидкости от сточной воды, основанный на различной смачиваемости (вредные примеси собираются в пенном слое и удаляются). Ионными методами очистки можно извлекать из сточных вод ценные примеси, а так же радиоактивные вещества.

Сохранению запасов чистой воды способствует обустройство водоохранных зон, а также развитие законодательства об использовании и охране водных ресурсов с жёсткими экономическими мерами в отношении водопотребителей.

Экономия, эффективность и экологическая направленность в сфере производственной деятельности и правильное поведение людей помогут сохранить на Земле чистую воду, необходимую для существования человечества.

ВОДА, которую мы пьём.

Обыкновенную простую воду академик А. Е. Ферсман назвал «самым важным минералом на Земле, без которого нет жизни». Вода действительно является поистине своеобразным и единственным в своём роде веществом, которое практически очень трудно чем – либо заменить.

Возьмём питьевую водопроводную воду. Она имеет строго определённый химический состав. Этот состав определён специальным ГОСТом.

Вода, предназначенная для питья, должна быть, прежде всего, чистой, неядовитой и приятной на вкус.

Одно из непременных условий для водопроводной воды – она должна быть прозрачной, бесцветной, нежёсткой, не сильно минерализованной, содержание сульфатов не должно превышать 500 мг/л, хлоридов – 350 мг/г.

Вода, богатая, например, железом, имеет неприятный вяжущий вкус. Поэтому в литре воды должно быть не более 0,3 мг железа. Строго ограниченно и содержание в воде фтора, мышьяка, цинка, свинца. Присутствие фосфора и азота в воде на её качество практически не влияет. К тому же обычное количество фосфора в воде составляет всего тысячные доли миллиграмма на литр, а азота – сотые доли.

Один из наиболее важных показателей качества воды – её мутность, то есть количество содержащихся в ней взвешенных веществ. Например, если зачерпнуть из речки или озера стакан воды и оставить его на несколько минут; то можно будет заметить, что большая часть взвешенных веществ осаждается в виде осадка на дне стакана. Такие вещества не только портят вкус воды, они служат благоприятной средой для развития болезнетворных бактерий.

Вода из водопроводного крана – это стерильно чистая вода. Так как она проходит большой и трудоёмкий процесс обработки. Первое, что делают с водой на водопроводных станциях, – это очищают её от взвешенных частиц. Однако вода, очищенная от взвешенных веществ, излишнего содержания кислоты или щелочи, запаха, для питья ещё не годится: очистные сооружения водопроводных станций способны задержать не более 90 – 95% бактерий, содержащихся в воде. Поэтому воду приходится ещё и обеззараживать.

Большое распространение получило обеззараживание воды хлорированием. Под действием газообразного хлора погибают находящиеся в воде бактерии. Одновременно хлор окисляет органические вещества.

В настоящее время на смену хлору пришли и другие весьма эффективные способы обеззараживания воды.

Ученые обратили внимание на газ озон (O3). Озон расщепляет так называемые гуминовые вещества, придающие воде неприятный жёлтый цвет. Вода, очищенная озоном, по вкусу, запаху и другим свойствам намного лучше вод, очищенных иными методами. В результате озонирования получается прозрачная, чуть голубоватая, настоящая родниковая вода. Не менее эффективным способом обеззараживания воды считается метод «серебрения».

Несмотря на то, что потребность в питьевой воде сегодня удовлетворяется в основном за счёт рек, озёр и водохранилищ, с каждым годом всё больше возрастает значение подземных вод для целей водоснабжения. Подземные воды гораздо ценнее по качеству и наиболее надёжны в санитарном отношении. Такую воду можно использовать для питья без всякой очистки и обеззараживания.

Человек пьёт в большом количестве и минеральные воды. Минеральная вода хорошо утоляет жажду и имеет целительные свойства. Целебная сила минеральных вод заключена в содержании в них урана, радия или радона. Так же имеются так называемые холодные минеральные воды. Они встречаются в основном в зоне многолетней мерзлоты. Температура их не превышает нескольких градусов.

В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно несет большое количество различных элементов и соединений, соотношение которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород.