Главные потребители промышленность и сельское хозяйство. Научно - технический прогресс расширил возможности для непрерывного роста производства. К числу отраслей промышленности , потребляющих большие количества воды, относится энергетика, где вода используется в системах охлаждения. При этом на каждый киловатт энергии, выработанной ТЭС, расходуется около 3 л воды, а на АЭС в два с лишним раза больше (Львович,1969). Масштабы этих расходов станут ясны, если вспомнить, что мировое производство энергии превысило 4 млн. кВт х ч/год.
Значительное количество воды в таких отраслях производства, как горнодобывающая, и в особенности обрабатывающая, промышленность (металлургическая, химическая и др.). Это связано прежде всего с их энергоемкостью (необходимость охлаждения), а также с широким применением флотации и химической технологии (вода как растворитель и реагент).
Еще большие количества воды в сельском хозяйстве. Для производства 1т сухой растительной массы растения в различных условиях тепло - и влагообеспеченности используют только на транспирацию от 150 - 200 до 800 - 1000 м? воды. Примерно столько же используется на непродуктивное испарение и еще около четверти этого количества воды задерживается в самой биомассе (Пенмэн, 1972). Отмечая чрезвычайно высокую водоемкость сельскохозяйственного производства, важно подчеркнуть, что вода потребляется не только на орошаемых, но и на неполивных угодьях.
В современных условиях сильно увеличиваются потребности человечества в воде на коммунально-бытовые нужды. Ныне житель города в среднем по земному шару расходует на эти цели около 150 л в сутки, в сельской местности этот показатель не превышает 54 л (Львович, 1969). Однако, учитывая увеличение доли городского населения с 33% в 1960 г. до 51% в 2000г. в целом по нашей планете и до 85 - 90% в экономически развитых странах, а также выравнивание культурно - бытовых условий города и деревни, следует ожидать повышения этой нормы до 400 л в сутки. В 2000 г. водопотребление на коммунально - бытовые нужды составит уже 920 км?/год для всего населения земного шара (Мартынов, Солнцев,1976).Из этого количества безвозвратный расход воды на хозяйственно - бытовые нужды людей, как и в настоящее время, вряд ли превысит 20% и в общей сумме мог бы составить 180 км?/год, оставшиеся 740 км? - это сточные канализационные воды. Если сбрасывать их в реки, то загрязнится в несколько раз больший объем речного стока (даже при самых совершенных методах очистки).
Суммарный водозабор на земном шаре оценивается в настоящее время в 3300 - 3530 км?/год, составляя немного меньше 1000 м?/год на душу населения.
Из анализа водопользования за пять - шесть прошлых десятилетий и перспективных расчетов вытекает, что ежегодный прирост безвозвратного водозабора составляет 4 - 5%.В 2000 г., когда по прогнозам, промышленное производство возрастет в 15 раз, сельскохозяйственное - в 3 раза, выработка электроэнергии - примерно в 18 раз, безвозвратный расход воды может возрасти в 10 раз. Если предположить, что такой прирост сохранится в будущем (а это тесно связано с ростом населения и объема производства, а также техническим уровнем последнего), то к 2230 г. человечество может исчерпать все водные запасы в геосфере, а пресные воды - уже к 2100 г.
В связи с этим вопрос о возможной нехватке воды для промышленного и бытового потребления, а также для нормального функционирования географической оболочки Земли приобретает большую актуальность. Дефицит воды наблюдается и сейчас, но в дальнейшем он может стать серьезным тормозом в развитии хозяйства.
Быстрый рост населения и бурное развитие промышленности привели к тому, Что недостаток воды начали испытывать, не только территории, которые природа "обделила" водой, но и многие из тех районов, которые еще недавно считались полностью обеспеченными. Острую нехватку воды начали повсюду ощущать большие города и крупные индустриальные центры. Пример возрастания трудностей обеспечения водой дают большинство штатов США, где (без штата Аляска и штата Гавайские острова) 80%населения сосредоточено на 10% территории. В 1900 г. США использовали лишь 6% водных ресурсов, в 1960 г. - 27% (из них 1/3 составлял безвозвратный водозабор); к 2000 г. здесь полагают использовать 65% максимально возможного зарегулированного стока(1600 км?/год, из которого около 600 км?/год пойдет на охлаждение тепловых и атомных электростанций). Сброс теплой воды в таком количестве, естественно, вызовет нагревание внутренних водоемов и прибрежных морских вод, температура которых ниже сбрасываемых, что может вызвать обеднение и изменение их фауны.
Наряду с интенсивным ростом затрат воды на хозяйственные и бытовые нужды существует и другая причина количественного истощения водных ресурсов. Это изменение человеком водного баланса отдельных территорий путем распашки лугов, вырубки лесов, осушения пойменных болот, строительства водохранилищ, что ведет к резкому увеличению затрат на испарение и уменьшению запасов грунтовых вод, вызывающих сокращение водоносности рек. Большие потери воды имеют также место в оросительных системах (за счет фильтрации воды из оросительных каналов, прямого испарения из открытых каналов и т.д.).
Качественное истощение водных ресурсов. Основной причиной современной деградации природных вод Земли является антропогенное загрязнение. Главными его источниками служат:
а) сточные воды промышленных предприятий;
б) сточные воды коммунального хозяйства городов и др. населенных пунктов;
в) стоки систем орошения, поверхностные стоки с полей и др. сельскохозяйственных объектов;
г) атмосферные выпадения загрязнителей на поверхность водоёмов и водосборных бассейнов. Кроме этого неорганизованный сток воды осадков ("ливневые стоки", талые воды) загрязняет водоёмы существенной частью техногенных терраполлютантов
Антропогенное загрязнение гидросферы в настоящее время приобрело глобальный характер и существенно уменьшило доступные эксплуатационные ресурсы пресной воды на планете.
Общий объем промышленных, сельскохозяйственных и коммунально - бытовых стоков достигает 1300 км?воды (по некоторым оценкам, до 1800 км?), для разбавления которых требуется примерно 8,5 тыс. км_? воды, т.е. 20% полного и 60% устойчивого стока рек мира.
Причем по отдельным водным бассейнам антропогенная нагрузка гораздо выше средних глобальных значений.
Общая масса загрязнителей гидросферы огромна - около 15 млрд.т в год( таб. №2):
Группы веществМлн.т /годЗатонувшие суда, плавающий и погруженный мусор1300Взвешенные вещества техногенного происхождения1400Растворенные неорганические вещества400 В том числе минеральные удобрения680Соли тяжелых металлов93Синтетические органические вещества2500В том числе моющие средства, СПАВ15Фенолы и др. циклические углеводороды5Пестициды2Биогенная органика1200Нефтепродукты12Аэрогенные выпадения техногенной природы (пыль)1800
2.3 Нефть и нефтепродукты.
Основным загрязнителем морей, значение которого быстро возрастает, является нефть. Этот вид загрязнителя попадает в море разными путями: при спуске воды после промывки цистерн из - под нефти, при аварии судов, в особенности нефтевозов, при бурении морского дна и авариях на морских нефтепромыслах и т.д.
Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно - коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией. Нефть состоит преимущественно из насыщенных гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%) - подразделяются на 4 класса:
1.Парафины (алкены);
2.Циклопарафины;
3.Ароматические углеводороды;
4.Олефины.
Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. Наиболее угрожают чистоте водоемов нефтяные масла. Эти очень стойкие загрязняющие вещества могут распространяться на расстояние более 300 км от источника. Легкие фракции нефти, плавая по поверхности, образуют пленку, изолирующую и затрудняющую газообмен. При этом одна капля нефтяного масла образует, растекаясь по поверхности, пятно диаметром 30-150 см, а 1т -около 12 км? нефтяной пленки.
Толщина пленки измеряется от долей микрона до 2 см. Пленка нефти обладает большой подвижностью, стойка к окислению. Средние фракции нефти образуют взвешенную водную эмульсию, а тяжелые (мазут) оседают на дно водоемов, вызывая токсическое поражение водной фауны. К началу 80 - х годов в океан ежегодно поступало около 16 млн. т нефти, что составляло 0,23% мировой добычи. В период за 1962-79 гг. в результате аварий в морскую среду поступило около 2 млн.т нефти. За последние 30 лет, начиная с 1964 года, пробурено около 2000 скважин в Мировом океане, из них только в Северном море 1000 и 350 промышленных скважин оборудовано. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется 0,1 млн.т нефти. Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнений из этого источника составляет 2 млн.т в год. Со стоками промышленности ежегодно попадает 0,5 млн.т нефти. Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности. По цвету пленки можно определить ее толщину:
Внешний вид. Толщина, мкм Количество нефти, л/кв. кмЕдва заметна 0,038 44Серебристый отблеск 0,76 88Следы окраски 0,152 176Ярко окрашенные разводы 0,303 352Тускло окрашенные 1,016 eлностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую "нефть в воде" и обратную "вода в нефти". Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефти, содержащих поверхностные вещества. При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.
У берегов Англии и Франции в результате гибели танкера "Торри Каньон" (1968) в океан было выброшено 119 тыс. т нефти. Нефтяная пленка толщиной 2 см покрыла поверхность океана на площади 500 км?. Известный норвежский путешественник Тур Хейердал в книге с символическим названием "Уязвимое море" свидетельствует: "В 1947 плот "Кон-Тики" за 101 сутки прошел около 8 тыс. км в Тихом океане; экипаж на всем пути не видел никаких следов человеческой деятельности. Океан был чист и прозрачен. И для нас было настоящим ударом, когда мы в 1969 году, дрейфуя на папирусной лодке "Ра", увидели, до какой степени загрязнен Атлантический океан. Мы обгоняли пластиковые сосуды, изделия из нейлона, пустые бутылки, консервные банки. Но особенно бросался в глаза мазут".