Как исправить экологические проблемы рек

Причины экологического загрязнения воды и действенные способы решения проблемы

Загрязнение воды — это глобальная экологическая проблема, которая набирает обороты с каждым годом. Водный ресурс Земли скоро может стать дефицитным. И одна из причин такой катастрофы — загрязнение морей и океанов пластиковым мусором, отходами и токсичными веществами.

Основные причины загрязнения

Экология воды — это важнейшая составляющая экосистемы. Водный ресурс постоянно загрязняется, причём, источником мусора может служить как сама природа, так и человек.

Естественные источники

Природа активно загрязняет сама себя. Источником мусора, который приводит к порче питьевой воды, становятся обыкновенные дожди. Они приносят с собой мусор, пыль, остатки удобрений из ферм.

Другими источниками загрязнения служат:

• эрозия почвы и попадание в реки прибрежного грунта;
• извержение вулканов;
• гниение остатков животных и водорослей;
• продукты жизнедеятельности организма.

Природные источники загрязнений не опасны. Остатки растений и животных съедают паразиты, часть мусора перегнивает. В ходе круговорота воды водоёмы очищаются самостоятельно.

Загрязнение водоёмов человеком

Другое дело — продукты антропогенной деятельности. Стремясь к новым промышленным открытиям, человек загрязняет питьевую воду, что в дальнейшем может привести к дефициту. Заводы и фабрики сбрасывают свои отходы в водоёмы, а жители некоторых стран оставляют в Мировом Океане тонны пластика.

Основные факторы промышленного загрязнения воды:

• Бытовой. Сюда относят слив моющих средств, пищевых добавок и прочей бытовой химии.
• Сельскохозяйственный. Водоёмы засорены пестицидами и токсичными удобрениями.
• Индустриальный. В воду попадают отходы промышленности.

Загрязнение водоёмов человеком несёт в себе большую опасность. Природа не может очиститься от токсичных отходов самостоятельно. Высокая концентрация мусора приводит к гибели растений и животных, развитию хронических заболеваний у всех живых организмов.

Виды загрязнений

Выделяют несколько факторов риска, приводящих к загрязнению гидросферы.

Все отходы можно условно поделить на:

• механические — мусор, пластик;
• тепловые — тепло, вырабатываемое электростанциями;
• химическое — следствие выброса отходов от предприятий;
• радиоактивное;
• биологическое — опасными микробами и вирусами.

Тяжёлыми металлами

Загрязнение воды тяжёлыми металлами, в том числе ртутью, — одна из главных проблем промышленности.

Основными источниками опасного мусора являются предприятия авто- и металлургической промышленности.

Элемент	Содержание металлов (мкг/л)
Морская вода	Речная вода
Ртуть	0,03	0,03-2,8
Медь	3,0	1,0-20,0
Свинец	0,03	1-23,0
Железо	10,0	10,0-67,0
Мышьяк	10,0	30,0-64,0

Попадая в организм, тяжёлые металлы и их соединения вызывают сильнейшую интоксикацию. В большой концентрации они приводят к массовой гибели людей и животных.

Радиоактивными веществами

Загрязнение воды радиоактивными веществами стали отмечать сравнительно недавно, но уже сейчас эта проблема стала масштабной. В ходе работы предприятий вырабатываются радиоактивные изотопы, которые попадают в воду. Местные водоёмы и реки часто используются для охлаждения ядерных реакторов.

Основные источники загрязнения:

• АЭС;
• ядерные испытания;
• корабли, работающие на ядерном топливе.

Употребление заражённой воды приводит к развитию онкологии, появлению «сломанных» генов, мутациям.

Распространение радиоактивной воды в следствие действия Фукусимы.

Яркий пример такого загрязнения — Фукусима. Под деактивированной станцией находится 360 тонн радиоактивной воды, которая попадает в океан из-за постоянных утечек.

Неорганические загрязнения

Неорганические загрязнения — это щелочи и кислоты. Они напрямую влияют на качество воды, делая её непригодной к употреблению.

• выброс отходов предприятий в реку;
• аварии на заводах;
• аварии на подземных шахтах.

Такие утечки приводят к серьёзным последствиям — массовой гибели флоры и фауны, отравлениям людей.

Канализации

Канализационные отходы попадают в стоки, после чего накапливаются и сбрасываются в местные водоёмы. В такой воде есть не только отходы жизнедеятельности организма, но и опасные химикаты.

Попадая в воду, они приводят к отравлению и серьёзным заболеваниям. Заражённая вода — переносчик малярии, дизентерии, брюшного тифа, паразитов.

Она является прекрасной средой для размножения бактерий и вирусов.

Удобрения

Сельскохозяйственная деятельность также вносит свой вклад в загрязнение гидросферы. В воду попадают нитраты, фосфаты и пестициды, которые должны были бороться с сорняками.

Зачастую утечку удобрений в воду видно невооруженным взглядом — она меняет свой цвет.

Это приводит к интенсивному росту сине-зелёных водорослей, которые уничтожают других представителей подводной флоры и фауны.

В такой среде не могут жить рыбы, что приводит к отсутствию пищи для животных. Вода, загрязнённая удобрениями, со временем превращается в болото.

Процесс перемещения загрязнителей в воде

Главная опасность загрязнения водного пространства в том, что загрязнители могут перемещаться на большие расстояния за короткий промежуток времени.

Твёрдые отходы попадают в течение и переносятся в другие реки, после чего оказываются в Мировом Океане. То же самое происходит с жидким мусором.

Отходы попадают в организм рыб и водорослей. После этого они вклиниваются в пищевую цепь, заражают птиц, зверей и человека. В результате даже небольшая утечка становится глобальной проблемой для всего региона.

Оценка степени загрязнения

Экологи регулярно проводят оценки степени загрязнения воды, позволяющие не пропустить начало экологической катастрофы.

Для анализа состояния гидросферы используются следующие параметры:

1. УКИЗВ. В соответствии с удельным индексом, водоёмы делятся на 16 классов опасности.
2. ПДК. Устанавливается для каждого типа вещества в отдельности.
3. Биохимическое потребление кислорода. Показывает уровень кислорода, необходимого для разложения соединений.
4. Щёлочность. Показывает количество кислот в воде.
5. Процент взвешенных веществ. К ним относятся песок, планктон, ил, глина и так далее.
6. Количество водорода. На этот показатель ориентируются в первую очередь.

Оценку степени загрязнения воды проводят регулярно. Кроме того, учёные обязательно берут пробу на содержание болезнетворных бактерий.

К чему приводит загрязнение воды

Последствия загрязнения воды могут быть катастрофическими. Уже сегодня состояние гидросферы стало глобальной проблемой, которая требует немедленного решения.

Дефицит пресной воды

Одно из самых страшных последствий — это нехватка чистой питьевой воды. По состоянию на 2021 год около нескольких миллиардов людей сталкиваются с таким дефицитом. Большая часть приходится на страны Африки.

Глобальный уровень дефицита воды по странам.

Причина дефицита — массовое загрязнение водоёмов и грунтовых вод, а также отсутствие эффективных систем очистки.

Если проблема не будет решена, спустя 2 столетия она превратится в глобальную катастрофу.

Эпидемии

Наличие в воде тяжёлых металлов, солей, кислот, опасных вирусов и бактерий приводит к развитию острых и хронических заболеваний.

Загрязнение воды может вызвать:

• проблемы с сердцем;
• заболевания ЖКТ;
• болезни печени и почек;
• нарушения в работе опорно-двигательного аппарата;
• глистную инвазию;
• брюшной тиф;
• холеру.

Воздействие на живые организмы

Регулярное употребление грязной воды приводит к накоплению токсичных соединений и тяжёлых металлов в организме.

В долгосрочных последствиях это вызывает развитие тяжёлых нарушений в работе всех органов и систем.

Нарушение строения ДНК

Сейчас нарушение строения ДНК можно пронаблюдать на рыбах. Постоянно употребляя заражённую воду, они мутируют. Это приводит к нарушениям в работе организма, патологиям внутренних органов, различным деформациям.

В дальнейшем такие последствия грозят и человеку.

Нарушение репродуктивной функции

Грязная вода с тяжёлыми металлами негативно влияет на состояние репродуктивной системы. Токсичные соединения годами накапливаются в организме, становясь причиной различных патологий.

В результате употребление заражённой воды приводит к бесплодию.

Нарушение энергообмена

Токсичные соединения приводят к поражению мембраны митохондрий. Клетки теряют способность вырабатывать энергию и потреблять полезные вещества, что приводит к истощению организма.

Нейротоксичное воздействие

Тяжёлые металлы — главный враг нервной системы. Накапливаясь в организме, они могут привести к нарушениям слуха, координации, чувствительности. Для больного характерна потеря памяти, развитие психических заболеваний.

Вымирание животных

Грязная вода буквально убивает представителей водной флоры и фауны.

В океанах происходит следующее:

• нефть и нефтепродукты разрушают жировой слой на перьях птиц, от чего те гибнут от холода;
• рыбы поедают мелкий мусор вместо корма и погибают;
• температура воды в водоёмах повышается, что негативно сказывается на состоянии рыб и животных, привыкших к холоду;
• цветение водорослей уничтожает кислород в водоёме, в результате чего рыбы задыхаются.

Около 400 видов животных оказались на грани вымирания.

Кислотные дожди

Испаряясь, токсичные соединения из воды попадают в атмосферу, где смешиваются с влагой. Такой круговорот приводит к выпадению токсичных дождей. Осадки не разъедают все живое, но губительно сказываются на состоянии почвы.

Схема образования кислотных дождей.

Дожди повышают кислотность водоёмов и почвы, что приводит к гибели мальков и насекомых, нарушая пищевую цепочку и баланс фауны.

Острова мусора

Большое количество пластика в океане стало причиной образования так называемых «мусорных островов».

Это целые скопления отходов, которые плавают в воде, загрязняя гидросферу.

Самый крупный остров ежедневно пополняется трёмястами тоннами мусора. И таких островков очень много.

Пути решения проблем

Существует несколько путей борьбы с загрязнением воды. Рассмотрим самые эффективные.

Очистка воды

Один из способов сократить объёмы загрязнения гидросферы — заняться очисткой.

Сейчас внедрены следующие методы:

• Механический. Трубы сливов оснащены решётками, которые задерживают тяжёлые компоненты, не позволяя им попадать в водное пространство.
• Химический. В водоёмы засыпают компоненты, которые нейтрализуют химические соединения. Однако сама вода от этого становится жёсткой и непригодной к употреблению.
• Третичный. В водоёмы добавляются специальные порошки, которые позволяют очищать воду от бактерий, кислот и тяжёлых соединений.

Все эти способы несовершенные и не позволяют решить проблему на глобальном уровне.

Охрана водных ресурсов

В мире активно внедряются меры об охране водных ресурсов от человеческого вмешательства. Многие крупные водоёмы и озёра уже взяты на контроль и отнесены к заповедной территории. Доступ к такой воде строго ограничен, а слив отходов и выброс мусора запрещён.

Помимо этого, экологи стараются привить уважительное отношение к пресной воде и выработать у человека культуру умеренного и бережного потребления ресурса.

Решение вопроса на законодательном уровне

Справиться с проблемой загрязнения воды невозможно без государственной поддержки. В законодательстве должны быть предусмотрены меры за выброс мусора, слив отходов и другие действия, которые грозят водным запасам.

Кроме этого, в РФ имеется целый водный кодекс, который направлен на сохранение водных ресурсов страны.

Как предупредить процесс загрязнения

Каждый человек может самостоятельно повлиять на состояние водных ресурсов, уменьшив бытовые выбросы.

Экологи дают следующие рекомендации:

• не использовать бытовую химию для уборки;
• правильно утилизировать и сортировать мусор;
• не смывать лекарства и мусор в канализацию;
• сократить потребление воды в быту;
• отказаться от пестицидов и гербицидов.

Проблему загрязнения воды можно решить совместными действиями и слаженной работой.

Текущая ситуация в мире

Загрязнение воды в мире давно стало актуальной проблемой. На её решение брошены все силы государства.

В России

Статистика в России неутешительна — ежегодно в России фиксируется около 3 тысяч случаев загрязнения водоёмов. Наиболее заражёнными считаются реки Обь, Волга и Амур, на которые приходится 70% всех отходов.

Хуже всего ситуация в Свердловской, Московской и Нижегородской области.

Основные источники загрязнения в России:

• сточные воды;
• промышленные отходы;
• сельское хозяйство;
• отходы нефтепромышленности;
• твёрдый мусор;
• тепловое загрязнение.

В других странах

В мире обстановка также не лучшая.

Экологи приводят следующие факты:

• Реки в Азии — самые загрязнённые. В них повышено содержание свинца, бактерий, отходов жизнедеятельности.
• 30% рек в Ирландии грязные. Они заражены пестицидами и химическими удобрениями.
• 85% грунтовых вод в Бангладеше заражены мышьяком.
• На реке Мюррей из-за кислот погибло около 1 миллиона птиц и зверей.
• 40% рек в США загрязнены.

Загрязнение воды — это серьёзная проблема, требующая повышенного внимания со стороны экологов.

Источник

Обновлено: 19 января 2018 в 14:22

26 761

Одна из актуальных проблем экологии – это проблема рек. С каждым годом потребность сбережения водных ресурсов возрастает. Россия является лидером по запасам пресной воды, но вода более 70% рек загрязнена и не подходит даже для технического использования. Одна из причин – это нехватка водоочистительных сооружений. То оборудование, которое используется, в основном уже устарело, поэтому процесс очистки воды столь слабый в нашей стране. Вода плохого качества влечет за собой десятки заболеваний, которым подвергается население, среди которых наиболее опасен гепатит и инфекционные недуги.

Кроме того, что вода – источник жизни для людей, она необходима для поддержания жизни всех экосистем планеты. Круговорот воды в природе обеспечивает равномерное распределение влаги. В сельском хозяйстве вода небольших рек используется для ирригационных систем, но это приводит к загрязнению водных ресурсов ядохимикатами, что впоследствии делает ее непригодной для питья, как людей, так и животных.

Обработка

Чтобы вода была чистой при поступлении в коммунальные водопроводы городов и сел, она проходит несколько стадий очистки и фильтрации. Но в различных странах после обработки вода не всегда соответствует гигиеническим нормам. Существует ряд стран, в которых после питья воды из-под крана можно отравиться. Кроме того, сточные воды бытовые и промышленные не всегда очищаются, когда спускаются в водоемы.

Электроэнергия и реки

Еще одна проблема рек связана с электроэнергетической отраслью экономики, в ходе которой используются малые реки, работа которых обеспечивает население электроэнергией. По стране функционирует около 150 гидроэлектростанций. В результате этого изменяются русла рек и загрязняется вода, перегружается работа водоемов, в результате чего ухудшаются условия жизнедеятельности целых экосистем. Также ежегодно исчезают с лица Земли сотни небольших рек, что несет существенный вред окружающей среде, потери флоры и фауны.

От Ганга до Волги: как спасти реки от загрязнения?

Мы уже описывали путь, который преодолевает речная вода на пути в наши стаканы, превращаясь из приготовленного природой «биохимического супа» в важнейший напиток человечества. Однако чтобы и в будущем сохранить пресноводные ресурсы, нам нужно бережно относиться к той воде, которую сам человек превращает в «суп», прежде чем вернуть её в реки после использования в быту, промышленности и сельском хозяйстве. Рассказываем, почему это важно, что́ загрязняет реки и какие новые технологии помогают их очистить и сохранить.

Цель № 6: Почему нам важно сохранить воду

В 2015 году 193 государства-члена ООН поставили перед собой 17 целей устойчивого развития, которые нужно достичь до 2030 года, чтобы «улучшить благосостояние и защитить нашу планету». Круг задач широкий — от ликвидации нищеты до мира во всем мире. Не первой, но и отнюдь не 17-й целью признали «обеспечение доступа к безопасным водным ресурсам и санитарии для всех» (цель № 6). Почему человечество озаботилось этим?

По данным ООН, более 40% населения планеты страдает от нехватки воды. Около 1,8 млрд человек используют источники питьевой воды, заражённые фекальными бактериями. Причина тому — активное загрязнение водоёмов, потому что 80% жидких отходов сбрасываются без какой-либо очистки. Последствия исчисляются миллионами смертей ежегодно и процентами ВВП огромных континентов типа Африки и населённых стран, таких как Индия. Как это происходит?

Грязная диффузия: что и как портит реки

Самые распространённые типы загрязнения — химическое и бактериальное. Химическое происходит через диффузию — взаимное проникновение молекул одного вещества в другое с последующим выравниванием его концентрации по всем объёму. Бактериальное же предполагает попадание в экосистему реки не свойственных ей микроорганизмов либо аномальное размножение имеющихся.

Практически все виды человеческой деятельности так или иначе вредят бассейнам рек. Бытовые сточные воды, производство, загрязнённые атмосферные осадки, сельское хозяйство, судоходство, энергетика. Какие загрязнители в этом участвуют?

Нефть и нефтепродукты. Хотя в основном нефть транспортируют морем, реки также нередко подвергаются нефтяному загрязнению. При розливе этого жидкого ископаемого сначала образуются так называемые слики — пятна на водной поверхности. Для этого много нефти не нужно — одна тонна может загрязнить 12 кв. км акватории. Затем часть выброса испаряется (примерно 30%), а другая вымывается (ещё 30%). Оставшуюся массу называют «шоколадным муссом» — это стойкая эмульсия повышенной вязкости, в которой гибнет всё живое.

Радиация. Заражение рек радионуклидами чаще всего происходит из-за стока промышленных вод соответствующих производств. К примеру, в России уже более полувека постоянному радиоактивному заражению подвергается река Теча в Челябинской области. Производственное объединение «Маяк» даже построило в бассейне этой реки каскад искусственных водоёмов, где отстаивается вода с радиоактивными выбросами. Изотопы радиоактивных элементов накапливаются в грунте, растениях и живых организмах, вызывая лучевую болезнь.

С 1949 года в реку Теча регулярно происходил сброс ядерных отходов. Источник: Ecodefense/Heinrich Boell Stiftung Russia/Slapovskaya/Nikulina

Детергенты или, говоря проще, — моющие вещества. Они очень токсичны и устойчивы к биологическому разложению. Иногда детергенты образуют на поверхности рек слой пены до 1 м в ширину. Моющие средства наиболее опасны для молодой рыбы и водорослей.

Тяжёлые металлы. Ртуть, свинец, цинк, хром, олово и другие металлы этой группы попадают в речные воды также чаще всего с промышленных производств. Тяжёлые металлы и их соединения накапливаются в организме речных животных, вызывая болезни.

Тепловое загрязнение. Реке может вредить чистая, но нагретая вода. Чаще всего её источники — тепловые и атомные электростанции. Тёплая вода усиливает испарение, увеличивает минерализацию, способствует интенсивному росту водной растительности и микроорганизмов, распространению патогенов и вирусов.

Стоки животноводства. Из-за экономической выгоды чаще всего животноводческие комплексы располагают недалеко от рек и озёр. Ежесуточно на крупной ферме образуются 1 тонна навозной жижи. Попадание в воду такой смеси приводит к распространению патогенов и паразитов.

Балластные воды судов. Для сохранения устойчивости речные суда и суда класса река-море забирают из реки или моря воду, а затем сбрасывают этот балласт вместе с накопившейся грязью, в том числе и нефтепродуктами.

Лесосплав. Сплав древесины по рекам засоряет воду корой и другими фрагментами деревьев. Они разлагаются, поглощают кислород и выделяют фенольные вредные вещества. Помимо этого, часто вырубаются кустарники, мешающие сплаву, что приводит к эрозии и заиливанию русла рек.

Бороться с этими и другими загрязнителями, а также улучшать экологию рек помогает экономия, внедрение менее вредных веществ в производство, умный гидромониторинг, микробы и даже скорлупа грецкого ореха.

Ореховая скорлупа и бактерии-нефтееды: как чистят сточные воды на Московском НПЗ

Прежде всего сохранять речную и пресную воду помогает её экономия. Ни одно производство без воды не обходится, поэтому важно, во-первых, применять уже изъятые у природы ресурсы вторично, и, во-вторых, возвращать их обратно в нормальном состоянии.

Хорошо это получилось у Московского НПЗ, на котором в 2017 году был внедрён комплекс «Биосфера». Новая система очистки позволила в 2,5 раза сократить потребление речной воды и в 3 раза снизила объем сточных вод с нефтеперерабатывающего гиганта. Как?

«Биосфера» состоит из двух блоков очистки — физико-химического и биологического. В первом блоке сточные воды НПЗ сначала попадают в сектор предварительной очистки, где удаляются механические примеси. Затем вода проходит сепараторы, флотаторы — специальные резервуары, в которых к воде добавляют вещества, способствующие всплытию грязи и примесей, — и фильтры с ореховой скорлупой, хорошо абсорбирующей нерастворимые вещества. Отсюда вода попадает в блок дополнительной очистки, оборудованный десятью фильтрами с активированным углём.

Чем больше ступеней очистки, тем лучше, но, увы, дороже результат. Источник: YouTube-канал «Газпром-нефть»

Затем водный поток чистят ветром, точнее методом напорной флотации, при котором на водяную смесь направляется мощный поток воздуха. Он создаёт воздушные пузыри, которые, поднимаясь на поверхность, подхватывают примеси и нефтепродукты. Отсюда вода перетекает в центральную часть системы — мембранный биореактор, удаляющий органику, а также азот и фосфор. Здесь сточные воды смешиваются с илом, который предварительно был населён специальными бактериями, способными поглощать остатки нефтепродуктов. Чтобы избавиться от самого ила, вода проходит через мембраны с шириной пор тоньше человеческого волоса. Теперь жидкость готова к обратному осмосу — поток проходит через мембрану, состоящую из ячеек размером с молекулу H2O.

В результате получается на 99,9% чистая вода, которую не стыдно не только вернуть в бассейн Москвы-реки, но даже пить. Хотя есть одно «но»: это дорого.

Генерируй & Очищай: как улучшить экономику очистки

Очистка воды — это всегда поиск баланса между качеством результата и его ценой. Системы, подобные «Биосфере» Московского НПЗ, стоят недёшево: в проект вложено 9 млрд рублей. Более того, сам процесс очистки энергозатратный. И если у нефтяников и денег, и электричества много, то у других потребителей речных вод — а это в основном аграрии, пищепром, бумажное производство, муниципальные власти — дела с этим обстоят иначе. И тут обширные знания о том, как превратить сточные воды в сырье для самостоятельной выработки электроэнергии, есть у Toshiba.

Обычно для очистки используются аэробные микроорганизмы, которым для жизни нужен кислород. Такой способ сопряжён с высокими расходами. Вместе этого мы используем биореактор населённый анаэробами, способными использовать для жизни другие вещества. Попадая в реактор, сточная вода очищается от органических примесей флотацией при низком давлении. При этом в отсутствие кислорода анаэробные бактерии разлагают органические загрязнители. Результатом их пиршества становится вода, метан и углекислый газ, а также радикальное снижение биохимического и химического потребления кислорода (основные критерии загрязнённости воды — уровни БПК и ХПК).

Сгенерированный реактором биогаз при этом можно использовать как источник электричества, тепла или (в будущем) биотоплива для заправки автомобилей или генераторов.

Базовая система метанового брожения. В зависимости от характера сточных вод БПК может быть снижено на 80-95%, а ХПК — на 60-80%. Источник: Toshiba

Система адаптируется практически под любые стандарты допустимой биологической загрязнённости реки, которые могут отличаться в разных странах. Для этого достаточно увеличивать или уменьшать число ступеней очистки, а точнее — количество метановых резервуаров.

Двухступенчатая система метанового брожения способна очищать воду с биохимическим потреблением кислорода до 15 000 мг/л при допустимой обычно норме не более 600 мг/л. Источник: Toshiba

В мире уже есть примеры очистных сооружений, которые не просто снизили потребление, а стали полностью энергонезависимыми за счёт преобразования биогазов в электричество. В 2015 году завод по переработке сточных вод, обслуживающий 114 тыс. потребителей в городах Грэшам, Фэйрвью и Вуд-Вилладж (шт. Орегон, США), стал вырабатывать больше электричества, чем было необходимо для собственных нужд. Местные власти довольны: ежегодно они экономят 500 тыс. долларов на электроэнергии.

Однако очистка рек в развивающихся странах проходит не так гладко, как в развитых. Здесь это проблема стоит острее, но ресурсов для её решения – меньше.

Тяжёлый случай: как интернет вещей помогает чистить Ганг

На берегах реки Ганг живут 600 млн индийцев, и несмотря на то, что этот народ создал одну из древнейших мировых цивилизаций, важнейшая река Индии сегодня не в лучшем состоянии. Ежедневно в главную водную артерию Индостана сбрасывается 1 млн килолитров загрязнённых вод. Причём этот сброс происходит неконтролируемо и практически без каких-либо попыток снизить вред. Более того, даже если задействовать все имеющиеся очистные мощности, только 1/3 всех стоков будут дезактивированы.

Проблема Индии ещё и в том, каки́м образом грязь попадает в Ганг. Здесь не существует системы организованного сброса сточных вод в реку, то есть и отходы производства, и городская канализация, и технические воды для нужд сельских жителей образуют единый поток, практически бесконтрольно попадающий в Ганг. Именно поэтому компании Toshiba построила целую систему из очистных фабрик, которые контролируют и очищают стоки вдоль берегов Ганга.

Очистные сооружение, установленные в районе города Аллахабад (шт. Уттар-Прадеш) в районе слияния рек Ганг и Ямуна. Источник: Toshiba

На сегодняшний день Toshiba создала вдоль берегов Ганга сеть очистных сооружений общей протяжённостью 110 км. Чтобы связать воедино все узловые элементы этой системы и снизить стоимость её использования, все эти мощности оснащены IoT-датчиками. Это позволяет управлять всей сетью удалённо в режиме реального времени, сокращая тем самым расходы на персонал и управления на каждой из фабрик очистки. И всё-таки, хотя эффективность мер по очистке воды растёт, темпы загрязнения будут повышаться вслед за ростом экономики. Поэтому важно не только эффективно чистить, но и меньше загрязнять реки.

«Умный» фермер: как инфракрасные датчики уменьшают сток удобрений в реки

Один из главных загрязнителей рек — сельское хозяйство. Причём речь идёт не только о биологическом, но и химическом загрязнении, ведь все химудобрения рано или поздно смываются с полей или попадают через грунтовые воды в реки. Особенно вредны азотные удобрения, которые поглощаются растениями не полностью. Остатки либо испаряются, либо попадают в близлежащие реки и озера, вызывая в них эвтрофикацию — чрезмерное насыщение биогенными элементами, которые способствуют росту микроорганизмов и растений. При этом сколько нужно азотных удобрений растению никогда точно не известно — фермеры руководствуются принятыми нормативами.

Чтобы решить эту проблему в американском штате Небраска в 2015 году стартовал проект SENSE (Sensors for Efficient Nitrogen Use and Stewardship of the Environment), который предполагал проведение замеров реального уровня азота, накапливающегося в растениях, с целью контроля расхода азотных удобрений. В эксперименте участвовали фермеры долины главной реки штата Небраска Платт — притока Миссури, долго страдавшего от естественного смыва азотных удобрений с полей агрохозяйств. По их полям начали ездить «глазастые тракторы».

Большинство принявших участие фермерских хозяйств не только снизили выброс лишних азотных удобрений, но и повысили урожайность. Источник: YouTube-канал Nebraska Extension On-Farm Research Network

Они оснащены датчиками, направленными на пологи растений и излучающими видимый и инфракрасный свет в ближнем радиусе. Фотоприёмники устройств фиксируют отражённый сигнал от растений. В зависимости от его интенсивности подсчитывается их индекс здоровья, на основе которого строится расчёт необходимых объёмов азотных удобрений. За три года проекта SENSE использование азотных удобрений в хозяйства долины реки Платт сократилось на 15%.

Итак, приняв меры охраны рек, нам нужно замерить результат усилий, и разовые исследования в этом плане неэффективны, ведь река — быстро меняющаяся экосистема — это как фотографировать бегуна, пытаясь запечатлеть всю гонку. Поэтому экономониторинг реки строится на показателях, поступающих онлайн.

Как организован экомониторинг рек?

Для наблюдения за рекой используются разные устройства. В основном применяют водомерные колодцы и многопараметровые зонды.

Водомерный колодец — это резервуар, вкопанный недалеко от берега и соединённый с рекой двумя каналами, обеспечивающими приток и отток воды. Главным образом такие устройства измеряют подводное давление. Более сложный механизм — многопараметровый прибор для определения качества воды. Он представляет собой трубу-зонд, которая погружается в воду у берега параллельно углублению речного дна. Труба оснащена различными датчиками, которые анализируют скорость речного потока, температуру и другие параметры на разной глубине.

Собранные в зонде показатели передаются по проводам в размещённый на берегу передатчик, который транслирует их через беспроводную сеть в базу данных. Источник: Fondriest Environmental, Inc.

Общая черта этих устройств — береговое базирование. Между тем, для анализа состояния больших рек важно знать, что происходит далеко от побережья.

Национальный исследовательский и образовательный центр Великие реки США (National Great Rivers Research and Education Center, NGRREC) создал систему экологического наблюдения за бассейнами крупнейших рек (Great Rivers Ecological Observation Network, GREON). Она представляет собой сеть плавучих платформ для мониторинга качества воды в реальном времени в бассейне рек Миссисипи, Миссури, Огайо и Арканзас. Каждый блок оснащён сенсорами для измерения качества воды, температуры, удельной электропроводности, растворенного кислорода, мутности, водорослей, растворенной органики, нитратов и ортофосфатов.

Данные, полученные GREON, можно изучить онлайн в виртуальной базе данных, куда стекаются все снятые параметры экологического состояния рек.

Финальный аккорд: как репатриировать светлячков

Суммируя вышесказанное: чтобы сохранить реки, нужно научиться не загрязнять их, очищать водный поток, экономить энергию, мониторить результаты. Но и этого недостаточно. Далеко не все экосистемы восстанавливаются самостоятельно. Иногда природе нужно помогать.

Пример с родины Toshiba. В префектуре Оита на острове Кюсю протекают множество рек и ручьёв, при этом регион активно застраивается промышленными предприятиями, среди которых и завод полупроводников, изготавливающий продукцию для Toshiba, на реке Китанохана. Среди местных жителей она славилась как место обитания большого количества светлячков. Но в 2010 году они пропали. Совместно со службой экологического контроля Toshiba местные энтузиасты и приглашенные эксперты установили: виной всему стоки в реку. Тогда совместными усилиями была реализована программа по возвращению светлячков в Китанохану. Для этого пришлось изучить рацион питания насекомых, подходящий температурный режим, а также выявить вещества, попадание которых в реку повредило среде обитания. Благодаря принятым усилиям через пять лет светлячки вернулись.

Один из репатриантов на реке Китанохану. Источник: Toshiba

Этот и другой описанный выше опыт может использовать и Россия, перед которой также стоит масштабная природоохранная задача — спасти Волгу. На берегах главной водной артерии России живут 2/3 населения и расположено 2/3 промышленных предприятий страны. Однако на некоторых хозяйственных участках до 90% загрязнений имеют неточечный характер, то есть поступают, условно говоря, не из сливной трубы завода, а из естественных каналов (смыв дождевых вод, подземные реки и т.п.). Кстати, с Доном ситуация не лучше.

В 2018 году российские власти приняли программу «Оздоровление Волги» в рамках национального проекта «Экология». До 2025 года планируется снизить объем загрязнённых стоков на 67%, увеличить мощность очистных сооружение в два раза, а также реконструировать 89 объектов водопропускных сооружений. На эти цели выделят 205 млрд рублей. Сумеет ли Россия достичь Цель № 6 в отдельно взятой стране — покажет будущее.

С древних времен люди стремились селиться по берегам рек, чтобы всегда иметь доступ к водным ресурсам. Они использовали сырье для самостоятельного питания, кормления скота, орошения овощных и зерновых культур, а также ловили рыбу и переправляли грузы по водным путям. Со временем вода не потеряла своей значимости; она надежно закрепилась в списке необходимых человеческих потребностей, но, несмотря на это, люди не научились самому главному – ценить то, что имеют.

Многочисленные достижения прогресса во многом улучшили и упростили жизнь людей, нанеся при этом непоправимый ущерб природе. Помимо антропогенного фактора на состав гидросферы оказали влияния климатические условия, повлекшие за собой опасные осадки и стоки. Загрязнение пресных вод, пригодных для поддержания жизнедеятельности – это актуальная экологическая проблема современности.

Основные причины загрязнения воды

Причины, оказывающие негативное воздействие на воды, условно можно поделить на 2 категории. Первая представляет собой загрязнения воды, вызванные природным путем, а вторая – деятельностью человека. Каждый из этих факторов одинаково отрицательно сказывается не только на водоемах, но и на их обитателях. Важно уметь устанавливать истинную причину, вызвавшую экологическую проблему, и устранять ее.

Может быть интересно: Проект на тему экологические проблемы современного мира

Естественные источники загрязнения водоемов

Дожди являются природными источниками, способными к загрязнению рек. На фермерских угодьях, в полях и на огородах люди часто используют различные удобрения. Добавки остаются в верхнем слое почвы, который размывается осадками и стекает в ближайшие водоемы. Удобрения ускоряют процессы роста травы, которая разрастаясь, приводит водный бассейн к негодности в дальнейшем использовании.

Кроме того, вулканическая деятельность способна стать источником загрязнения водоемов. Во время извержения в атмосферу попадают сера и газы, способствующие образованию серной и азотной кислот. Осадки в виде кислотных дождей оседают на земную поверхность, нанося урон всему живому.

Загрязнение водоемов человеком

Антропогенная деятельность часто вредит окружающей среде, и загрязнения водоемов – не исключение. Создавая новые способы улучшения своей жизни, люди приносят в жертву привычную и благоприятную жизнь других обитателей Земли – растений и животных.

В данной таблице показано, как причины, вызванные человеком, способны повлиять на жизнь в реках и озерах.

Причина	Изменения	Последствия
Утечка нефти и химикатов	Повышение температуры воды, затруднение проникновения солнечных лучей	Животные перегреваются, отравляются токсичными веществами и погибают
Твердые отходы	Уменьшение прозрачности воды, отсутствие необходимого кислорода	Живые организмы теряют способность к фотосинтезу, что приводит к гибели
Сточные воды	Состав воды меняется, дополняясь опасными химическими веществами и металлам; отсутствие кислорода	Отравление водных обитателей и уничтожение целых экосистем
Свалки	Наличие различного мусора, часть из которого может содержать опасные вещества	Мусор разлагается, попадает в подземные воды, а также стекает в водоемы после осадков
Слив теплой воды	Изменение общей температуры в водном бассейне	Ускорение процессов роста водорослей
Удобрения	Изменение состава почвы	Пестициды и другие вредные примеси попадают в реки и озера, уничтожая живые организмы.

Пути решения проблемы загрязнения воды

В настоящее время большое количество бассейнов с пресной водой находится в критическом состоянии. Если не начать бороться с проблемой, то вероятнее всего, человечество в скором времени исчерпает все запасы воды. Во всех странах мира разрабатываются методы, которые смогли бы положительно повлиять на ситуацию, но все еще совершенного способа очистки рек от загрязнений не найдено.

Очистка промышленных и бытовых сточных вод

Сточные воды, которые сливаются предприятиями разных отраслей в реки и озера, проходят несколько этапов очистки.

1. Механический метод позволяет устанавливать на трубы решетки, которые не выпускают наружу тяжелые компоненты.
2. Химические меры направлены на создание реагентов, способных вступать в реакцию с токсичными веществами и нейтрализовать их. Полученная вода становится чистой, но из-за повышенной жесткости не рекомендуется к употреблению.
3. Третичная разновидность подразумевает многоступенчатую очистку вод с использованием специальных порошков. Вследствие этого патогенные бактерии погибают, кислоты разлагаются, и загрязнения воды сводятся к минимуму.

Охрана водных ресурсов

В борьбе с вредными веществами, поступающими в воду, человечество должно предпринять важнейшую меру, которая позволит надежно защитить гидросферу от примесей, металлов и биологических отходов. Охрана водных бассейнов посодействует сохранению имеющихся запасов пресной воды и разнообразию живых организмов, обитающих в ней.

Люди стремятся придумать и произвести ряд мероприятий, которые позволят вернуть водный баланс в нормальное состояние.

Охрана воды – это дело не только всего человечества, но и каждого индивида. Если человек начнет ценить и экономить водные ресурсы, то ситуация заметно изменится в лучшую сторону.

Практика борьбы с загрязнениями воды в мире

Водные ресурсы распространены по земной поверхности неравномерно. В каких-то регионах гидросеть значительно гуще, чем в других, но это не влияет на факт того, что степень загрязнения воды отходами практически везде. Реки азиатской части Евразии содержат большое количество вредных бактерий и тяжелых металлов. Половина от всего числа рек Америки уже непригодна к использованию людьми.

Во всем мире предпринимаются меры по очистке и сохранению пресных вод. Ученые стараются найти наилучший способ, позволяющий извлечь из воды нефть и радиацию, которые остались после крупных утечек и крушений.

Решение вопроса на законодательном уровне

Поиски решения экологической проблемы ведутся на каждом континенте. Страны должны рационально распределить все водные ресурсы и разработать законы, позволяющие обеспечить надежность сохранения пресных вод.

Правительство России приняло закон, который запрещает строительство и эксплуатацию предприятий, способных нанести вред водным бассейнам. Любой объект должен сначала предоставить доказательства того, что на их территории есть специальные фильтры для очистки.

Последствия загрязнения воды

Самые страшные последствия загрязнений – это нехватка пресной чистой воды и уничтожение всех живых организмов. Сейчас насчитывается около 35 миллионов кубических метров воды, пригодной к употреблению. Несмотря на внушающие объемы более 1,2 миллиардов человек живут в условиях недостатка. Под угрозу ставится не только один конкретный регион или государство, а жизнь всей планеты в целом.

Вред для здоровья

Вода – одна из необходимых потребностей человеческого организма. Каждому человеку рекомендуется употреблять от 1,5 л пресной чистой воды в сутки. Но если эта жидкость будет обогащена вредными примесями и токсичными веществами, то она будет крайне вредна. Употребление такой воды понесет за собой нарушение работы сердца, сосудов, почек, печени и других жизненно важных органов.

Эпидемии

Загрязнения воды содействуют размножению патогенных организмов, которые способны нанести вред людям, животным и растениям. При больничных стоках в водные бассейны попадают еще и антибиотики, которые делают инфекции более устойчивыми к лекарственным препаратам. Поэтому загрязненная гидросфера может стать источником опасной эпидемии.

Мусорные острова

Скопления бытовых отходов, состоящие из пластика, рыбных снастей и других отработанных продуктов, формируют целые мусорные острова в океане. Одним их самых крупных пятен является пример из Тихого океана. Там мусор занимает поверхность воды, равную по площади территории США.

Кислотные дожди

Загрязнение природных вод напрямую связано с кислотными дождями. Образование вредных осадков обусловлено попаданием в атмосферу газов. Они появляются в результате работы металлургических, нефтеперерабатывающих и машиностроительных заводов и фабрик. Оксиды серы и азота вступают в реакцию с кислородом и водой, образуя при этом серную и азотную кислоты. Дожди из кислоты оседают на землю, попадая в реки. От этого кислотность воды повышается, и биота уже не может спокойно существовать в новых условиях.

Может заинтересовать: Кислотные дожди – вред, состав, пути решения

Вымирание животных

Загрязнение воды приводит к вымиранию животных и уничтожению целых экосистем. Например, период жизни больших черепах за последнее время значительно сократился. Эти животные регулярно травятся пластиком и попадают в рыболовные сети.

Ученые всех стран стремятся найти наилучшее решение такой экологической проблемы, как загрязнение водоемов. Людям нужно научиться экономить водные ресурсы, чтобы обеспечить себя питанием и сохранить природное разнообразие на долгие годы.