Учебник для 11 класса

ХИМИЯ

§ 26.2. Охрана водных ресурсов

Жизнь протекает в водной среде. Животные, растения на 70—80% состоят из воды. Потеряв 50% своей массы в результате голодания, человек может остаться в живых, но потеря 15—20% массы в результате обезвоживания — смертельна.

Все реакции обмена веществ в организме человека, и в первую очередь реакции гидролиза, протекают или с участием воды, или в водной среде.

Но вода — не только условие жизни индивидуального организма. Без нее невозможно было бы существование биосферы, т. е. жизни на Земле, поскольку круговорот веществ и энергии в биосфере возможен только с участием воды.

Круговорот воды действует беспрерывно. Он реализуется в трех основных географических объектах: океан — атмосфера — суша. С поверхности Мирового океана ежегодно испаряется 453 000 км³ воды. Осадки, выпадающие на землю, составляют 525 000 км³. Превышение происходит за счет испарения воды с других водных поверхностей и транспирации влаги растениями.

Испаряющаяся вода, конденсируясь, образует облака и в виде осадков выпадает на землю. Они поглощаются почвой, и в результате подземного и поверхностного стока вода возвращается в моря и океаны.

Круговорот воды — это хорошо отрегулированный механизм, который беспрерывно «качает» воду из океана на материк. При этом вода очищается.

Водные ресурсы Земли составляет соленая и пресная вода. Причем 97,2% от общего запаса в 1345 млн км³ приходится на воды Мирового океана. Понятно, что на долю пресной воды приходятся оставшиеся 2,8%, но если исключить полярные ледники, пока недоступные для использования, то выяснится, что практически можно использовать лишь 0,3% (табл. 23).

Таблица 23
Распределение пресных вод гидросферы

Теоретически можно считать водные ресурсы неисчерпаемыми, если принять, что при их рациональном использовании они непрерывно возобновляются в процессе круговорота. Вместе с тем потребление воды увеличивается, так как она служит одним из главных видов сырья для промышленности. Ее в огромных количествах используют в качестве теплоносителя и теряют в процессе охлаждения и подогрева.

В металлургии для выплавки 1 т чугуна и переплавки его в сталь требуется 300 м³ воды, для получения 1 т меди — 500 м³, 1 т никеля — 4000 м³. Одним из главных потребителей воды является производство синтетических материалов. Для получения 1 т синтетического каучука нужно 2100 м³ воды, лавсана — 4200 м³, капрона — 5600 м³. Для изготовления автомобиля нужно 246 м³ воды, а для запуска межконтинентальной баллистической ракеты — 189 ООО м³.

В горнодобывающей промышленности воду широко используют для добычи полезных ископаемых: при использовании гидромониторов, транспортировке, отделении минералов от руды методом флотации.

С потреблением огромного количества воды связано целлюлозно-бумажное производство. На производство 1 т бумаги требуется 250 м³ воды.

Еще больше расходуют воды в сельском хозяйстве: животноводстве и растениеводстве.

При бережном отношении к воде можно уменьшить ее расход как в промышленном и сельскохозяйственном производстве, так и в коммунально-бытовом хозяйстве. Потребность в ней одного жителя крупного города составляет 35 л в сутки. Но за счет нерационального ее использования, потерь при транспортировке к потребителю, неисправности оборудования в квартирах (протекающие краны и сливные бачки) она порой увеличивается до 700 л. Запасы пресной воды в зонах интенсивной хозяйственной деятельности и проживания большинства людей становятся недостаточными, поэтому уже сейчас необходимо думать о ее сбережении.

Все химикаты, которые используют, хранят, проливают, закапывают в землю, могут попасть в грунтовые воды.

Загрязнение воды стало грозной опасностью для человечества. На рисунке 54 изображены важнейшие источники ее загрязнения. Рассмотрим основные виды загрязнений.

Рис. 54.
Загрязнение грунтовых вод

Загрязнение твердыми частицами происходит при попадании в водоемы песка, глины, шлаков, пустой породы и других твердых отходов добывающей, металлургической, химической и строительной промышленности.

Загрязнение минеральными веществами:

1. соединениями металлов (высокотоксичными — свинцом, ртутью, редкоземельными — кадмием, селеном, литием и др.), в результате чего при превышении предельно допустимой концентрации (ПДК) у людей поражаются органы слуха, зрения, нервная система, возможны случаи паралича и рождения детей с различными физическими и психическими аномалиями;
2. минеральными удобрениями, в результате попадания которых в водоемы наблюдается эвтрофикация, т. е. неумеренное разрастание водной растительности (водоем со зловонной зеленой жижей вы, очевидно, видели не раз).

Загрязнение органическими веществами промышленного происхождения, входящими в состав стоков химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной и других видов промышленности. Среди таких веществ встречаются фенол, диоксин, СМС.

Загрязнение нефтью и ее производными. Одна тонна нефти, растекаясь по водной поверхности, способна занять площадь в 12 км², а 1 л нефти может сделать непригодным к употреблению 1 млн л воды, т. е. столько ее, сколько бы хватило для семьи из 4 человек в течение 20 лет. Нефтяная пленка представляет собой преграду для газообмена между водой и атмосферой. Она препятствует поглощению водой кислорода и углекислого газа, вызывая гибель планктона. Эта пленка представляет собой большую опасность для морских птиц и животных. Оперение птиц, вымазанное нефтью, теряет свои водонепроницаемые свойства, что приводит к их гибели.

Органические вещества биологического происхождения содержатся в бытовых и животноводческих стоках. Попадая в водоемы, эти стоки делают воду непригодной для питья, вызывают гибель рыбы, являются причиной эвтрофикации.

Пестициды, как и тяжелые металлы, двигаясь по трофической цепи: фитопланктон -> зоопланктон -> мелкие рыбы -> крупные рыбы, достигают в теле последних такой концентрации, которые могут быть смертельными для человека.

Кардинальным решением проблемы борьбы с загрязнением водной среды (гидросферы) был бы полный переход на безопасные технологии, при которых исключался бы сброс каких-либо стоков, а также разработка технологий с минимальным потреблением воды. Но разработка и внедрение малоотходных технологий — дорогостоящи и сложны, поэтому первоочередное значение приобретает процесс очистки сточных вод, включающий:

1. очистку и обеззараживание бытовых и животноводческих стоков;
2. очистку стоков от последствий обслуживания автотранспорта и сельскохозяйственной техники;
3. очистку стоков, содержащих нефтепродукты.

Перспективны способы очистки воды от нефтепродуктов с помощью микроорганизмов и растений. Известны микроорганизмы, способные питаться углеводородами. Эксперименты, проведенные с использованием грибков Candido lipolitica, показали, что небольшие водоемы могут быть очищены от нефти за 5—6 дней.