Какую воду мы возвращаем планете
Земля ⎯ голубая планета. Потому что 71% ее поверхности покрывает вода. Это удивительное вещество с уникальными свойствами. На планете известно более 3-х миллионов веществ. Но только вода способно существовать в трех агрегатных состояниях: жидкое, твердое и газообразное. И это важно для поддержания климата планеты и существования жизни на ней.
Круговорот воды в природе
Вода разливается по планете в жидком состоянии. При испарении водяные пары поднимаются в верхние холодные слои атмосферы, где образуют облака. В облаках собирается огромное количество водяных капель и мелких льдинок, которые, достигнув размеров, необходимых для падения, возвращаются на землю в виде различных осадков. Так вода совершает вечный круговорот.
Может показаться, что благодаря круговороту воды ее запасы на Земле безграничны и никогда не закончатся. Видимо, так и было “задумано” природой. Но в процесс круговорота воды вмешался человек, его хозяйственная деятельность.
Не вся вода одинаковая
Общий объем воды на Земле составляет около 1,39 миллиардов км3. Большая часть воды - соленая - сосредоточена в мировом океане и составляет 96,4%. Значительно меньший объем гидросферы занимает пресная вода:
- ледники - 1,86%;
- подземные воды - 1,68%;
- поверхностные воды суши - 0,02%. Это значит, что только 3,6% водных ресурсов планеты - пресные воды - являются пригодными для поддержания жизнедеятельности и хозяйственной деятельности человека. Причем, ⅔ этих запасов хранится в ледниках.
Зачем человеку вода?
Вопрос риторический. Даже ребенок перечислит десяток пунктов, где человек использует воду. Важно, что все свои нужды люди удовлетворяют пресной водой. Используя природные источники воды или создавая свои резервные хранилища человек вклинивается в круговорот воды. Уже только этим нарушая экосистему, влияя на климат и видовой состав флоры и фауны.
Но далеко не всегда антропогенное влияние на водные ресурсы планеты ограничиваются этим.
Потребность в воде для разных целей у человека неодинакова. От общего объема потребления пресной воды человеком:
- удовлетворение личных потребностей населения составляет всего лишь 8%;
- на долю промышленности приходится около 30%;
- львиную долю использует сельское хозяйство - более 60%.
Личные потребности
Личные потребности населения в воде это, прежде всего, питьевая вода. А также вода, необходимая для гигиенических нужд. Такую воду человек может получать разными путями из разных источников:
- Подземные ключи, колодцы, скважины. Подземные воды самый чистый, на сегодняшний день, легко доступный водный ресурс планеты. Люди, как правило, используют такую воду без дополнительной очистки. Но “самый” не значит абсолютно чистый. Подземные воды участвуют в общем круговороте, степень их чистоты зависит от “окружения”, от того, чем они пополняются.
- Реки, озера, водохранилища. Ныне живущие поколения вряд ли станут пить воду из реки. К нам она приходит через систему трубопроводов. Поступая из водохранилищ на водоканальные предприятия вода проходит несколько ступеней очистки до соответствия на выходе ГОСТам: водонасосная станция → механическая очистка с помощью фильтров → химическая очистка с помощью реагентов → обеззараживание чаще с помощью хлорсодержащих веществ, реже озоном → водонапорная башня → длинный путь к потребителям. Получит ли потребитель стандартизированную воду зависит от возраста и качества труб, в которых его могут ожидать железистые бактерии, соли жесткости, тяжелые металлы.
- Бутилированная вода. Этикетка расскажет вам из какого источника воду брали, каков ее состав. Вода в стеклянной таре будет, скорее всего, соответствует информации. С пластиковой тарой ситуация примерно такая же как с водопроводом - ее состав может зависеть от качества пластика и условий хранения.
Промышленность
Все без исключения виды промышленного производства используют воду, источниками которой являются все те же реки, озера, водохранилища, реже подземные воды. После водозабора вода также проходит очистку. Но, с одной стороны к технической воде предъявляются более низкие требования, с другой - качество воды зависит от условий производства. Поэтому способы очистки воды здесь зависят от конкретной сферы ее использования. На разных производствах пригодность или непригодность воды может определяться по температуре, запаху, наличию взвешенных частиц, цветности, окисляемости, жесткости и так далее.
Воду на производстве используют:
- для охлаждения,
- для промывки,
- как растворитель,
- как реагент,
- для увлажнения и замочки,
- как парообразователь,
- для гидротранспортирования.
И это далеко не полный перечень, но самые большие объемы воды промышленность использует для охлаждения. То есть вода не расходуется (таких производственных процессов немало), а выполнив свою работу, может вернуться в природный круговорот. Такой подход является крайне расточительным. К тому же только при транспортировке воды от источника к месту эксплуатации потери составляют до 8%.
Для предотвращения ирриционального использования воды в производстве используют:
- Оборотное водоснабжение, то есть многократное использование воды.
- Повторно-последовательное водоснабжение, то есть использование воды для двух последовательных, но разных процессов. В котором к первому предъявляются более высокие требования по качеству воды.
Сельское хозяйство
Сельское хозяйство самая водозатратная отрасль хозяйственной деятельности человека. Используя те же источники, причем подземные воды играют здесь не меньшую роль, чем наземные сельскохозяйственное водоснабжение обеспечивает:
- полив полей и теплиц,
- ирригацию пастбищ,
- удовлетворение нужд животноводства и птицеводства,
- ремонтно-технические станции.
Сельскохозяйственные воды проходят механическую очистку перед использованием, чтобы уберечь от повреждений оросительные системы. В зависимости от качества воды в источнике может использоваться и дополнительная очистка от солей жесткости и железа, водорослей, зоопланктона, бактерий.
Разные отрасли сельского хозяйства по потреблению воды неравнозначны, самым водоемким является животноводство. Это можно оценить по водному следу сельскохозяйственных продуктов (потребность воды в литрах на получение 1 кг продукции).
Обратный путь воды
“Врезая” водозаборные трубы в замкнутый цикл круговорота воды человеку некуда вывести обратный конец этой трубы, кроме как вернуть использованную воду в природный цикл.
Какую воду мы возвращаем
- Личные потребности. Вода после мытья и стирки, содержащая синтетические моющие средства, канализационные стоки, патогенные микроорганизмы.
- Промышленность. Сточные воды с содержанием огромного ассортимента отходов промышленного производства.
- Сельское хозяйство. Вода с полей, содержащая пестициды, стоки от животноводческих ферм с остатками антибиотиков и гормонов, патогенов.
Рассуждая логически все это попадает в реки и озера, подземные воды и, далее по течению, в мировой океан. Конечно нет. То есть, если быть честными, не все. Существуют разные методы очистки сточных вод.
Механические методы
Механическая очистка освобождает сточные воды от нерастворимых органических и минеральных включений. Основные способы такой очистки:
- Процеживание − используют систему сит и решеток с последовательно уменьшающимися размерами просветов. Каждое следующее препятствие на пути сточных вод улавливает все более мелкие нерастворимые примеси.
- Отстаивание − используют для выделения взвешенных частиц различной плотности. Тип отстойника зависит от вида загрязнения. Например, жироловки, маслоуловители, песколовки, сгустители, шламоотстойники и другие.
- Фильтрование − очищение от взвесей с помощью разных типов фильтров. Выбор фильтра − вакуумные, сетчатые, гидроциклоны, центрифуги − зависят вида от производственных отходов.
Механические методы применяют в качестве подготовки сточных вод к другим, более глубоким, методам очистки.
Физико-химические методы
- Физико-химическими методами воду очищают от растворимых неорганических и органических загрязнителей. Для этого используют:
- Коагуляцию, электрохимическую коагуляцию, флотацию − методы, основанные на добавлении активных реагентов, которые при дополнительных условий в зависимости от метода осаждаются загрязнители в виде хлопьев и удаляются.
- Адсорбцию, абсорбцию, хемосорбцию − методы, основанные на способности некоторых веществ − торф, цеолиты, бентонитовые глины, активированный уголь и другие − поглощать другие вещества.
- Экстракцию − для удаления органики, благодаря различной способности веществ лучше растворяться в определенных реагентах, чем в воде.
- Эвапорация − использование пара для удаления летучих загрязнителей.
- Ионный обмен − эффективный метод для удаления высокотоксичных и радиоактивных загрязнителей (мышьяк, ртуть, свинец и другие). Основан на химической реакциях между ионами, содержащимися в растворе и твердым ионообменным материалом.
- Диализ, обратный осмос − методы с применением мембран, основанные на выравнивании давления путем изменения концентраций растворов.
- Кристаллизацию − выделения загрязнителей из растворов с их высокой концентрацией путем выпаривания.
Физико-химические методы очистки сточных вод подбираются с учетом их загрязнения и дальнейшего использования.
Биологические методы
Не все органические загрязнители воды удается удалить физико-химическими методами. Для более глубокой очистки применяют биологические:
- Биологические пруды − самоочистка стоковых вод смешанных с речной водой в искусственных водоемах. Неэффективен при температуре ниже 6⁰С.
- Аэротенки − система поглощения органики микробиотой активного ила. В первой емкости работают аэробные бактерии, во второй − бактерии-нитрификаторы. После полного поглощения органических загрязнителей в отстойнике ил осаждается.
- Биофильтры − компактные устройства, работающие по принципу аэротенков.
Биологические методы гарантируют получение 100% чистой воды. Но применяться они могут только после полного удаления из стоков неорганических загрязнителей.
Вода, прошедшая все этапы очистки может без ущерба для окружающей среды вернуться в круговорот. Главное, чтобы все сточные воды имели возможность вырваться на волю только после полного очищения.
Неравноценный обмен
Несмотря на разнообразие методов очистки, 80% использованных человеком вод возвращается в круговорот загрязненными. И все эти рукотворно “обогащенные” воды разливаются по планете и включаются в общий круговорот воды.
Десятилетнее исследование Стокгольмского университета по содержанию в природных водах (в том числе дождевых) PFAS[1] показало, что концентрация их не снизилась, несмотря на прекращение производства. “Вечные химические вещества” обнаружены на всех континентах, включая льды Арктики и Антарктики, и даже, на Тибетском плато.
[1] PFAS - пер- и полифторалкильные вещества, отличаются высокой устойчивостью, отталкивают жир, воду и грязь. Применяются в производстве антипригарных покрытий, обивочной ткани, косметики и многого другого. Экологи называют их “вечные химические вещества”.
