1.7. Городская вода

Всю воду, которая сопровождает жизненный цикл городского человека, можно распределить на: собственно городскую (озера, реки, акватории морей, подземные воды) и импортированную, то есть ту, которая поступает в город по трубам для бытовых и промышленных потребностей. Высокие темпы урбанизации интенсифицируют использование воды, предопределяя ее дефицит, особенно в аридных зонах планеты.

Пресная вода, как известно, составляет около 3% водных ресурсов мира. Если считать, что абсолютное большинство ее (приблизительно 99%) сконцентрированная в ледниках и снежных шапках горных хребтов или же спрятанная глубоко под землей, то окажется, что человечество имеет открытый доступ лишь к ее мизерной частице (меньше одного процента). Чтобы быть здоровым, каждый из обитателей планеты должен ежедневно потреблять с едой и напитками приблизительно 2,5 л воды. Однако, невзирая на угрожающие прогнозы, относительно скорого недостатка питьевой воды, ученые утверждают, что этого одного процента, когда его рационально использовать, хватило бы, чтобы обеспечить вдвое или и втрое больше людей, чем сегодня живет в мире.

Проблема заключается не столько в недостатке воды, необходимого для жизнедеятельности человека, сколько в ее использовании. Дело в том, что эту воду "выпивает" современная индустрия.

Достаточно сказать, что для получения 1 т капрона используют 10 т чистой воды, а для изготовления 1 кг бумаги - 100 кг. Производство 1 т текстильной ткани требует 270 тыс. л воды; на производство 1 т цемента идет 5 т. На забой одной головы крупного рогатого скота тратится на бойнях 500 л воды. В промышленно развитых странах на одного человека тратится 1,2-1,5 тыс. м3 воды на год.

Чтобы обеспечить питьевой водой город с миллионным населением и развитой промышленностью за счет подземных вод, требуется огромная территория - приблизительно 750 км² и при условиях, если общее количество годовых осадков будет составлять не менее 1000 мм за год. Запасы подземных вод в городах катастрофически исчерпываются, а водоводы поставляют воду в города за сотни километров.

В прошлом веке личные расходы воды обитателем города составляли 30-40 л на сутки, сегодня же житель современного благоустроенного города тратит на свои потребности до 300 л. Сегодня в США тратится свыше 350 л воды на душу населения. Для москвичей этот показатель достигает 400 л, для обитателей Киева и Днепропетровска - свыше 300 л. Водогоны прежнего Советского Союза ежедневно давали населению 500 млн. ^м3 чистой воды. Достаточно сказать, что в Лондоне граждане получают 170 л воды на сутки, в Париже - 160 л, в Брюсселе - 85 л.

Интересно отметить, что для удовлетворения своих физиологичных потребностей обитатель города использует лишь 5% общего количества воды, которую он употребляет. Это подтвердили проведенные исследования в г. Акрон (США, штат Огайо), которые обнаружили такую структуру расходов водопроводной воды: для купания - 37%, для смыва унитаза - 41, для приготовления еды - 6, для поддержания чистоты в квартире - 3, для стирки белья - 4, для полива сада - 3, для мойки автомобиля - 1%. Остальные 5% воды используется в качестве питьевой.

Как видим, индустриализация и урбанизация повысили потребление воды для хозяйственной деятельности и быта. Одновременно изменился состав воды в природе, ее качество. Загрязнение текучих и стоячих поверхностных вод и угрожающие проблемы загрязнения подземных вод вызывают серьезную тревогу населения густозаселенных стран мира. И для такой тревоги есть основания: ежегодно в реки мира сливают до 400 км3 стоковых вод с бытовыми и промышленными отходами.

В странах, которые развиваются, почти все большие реки загрязнены неочищенными стоковыми водами. Исследование 200 наибольших рек России свидетельствует, что в 8 из 10 рек бактериологические и вирусные показатели были опасно высокими.

В Европе первой мертвой рекой стал Рейн. В 70-ые годы в своем нижнем течении, где река пересекала немецко-голландскую границу, ежедневно к воде попадало 40 тыс. т кухонной соли, свыше 16 тыс. т сульфатов, 22 600 т нитратов, 103 т фосфатов, 554 т аммиака, 215 т железа, 2640 т органических продуктов. Дошло до того, что, согласно инструкции, случайно выловленную в реке рыбу рекомендовали перед употреблением несколько недель держать в чистой воде. Купание в реке запрещалось, поскольку было опасным для здоровья. Загрязненными были и другие европейские реки - Сена, Дунай и Висла Согласно журналу "Ворлд вог", в странах, которые развиваются, 80% болезней распространяется через употребление некачественной воды. Загрязнение и патогенные водные микроорганизмы ежегодно убивают 25 млн. человек.

В американском городе Милуоки (штат Висконсин) в 1993 г. 400 тыс. чел. заболело после того, как выпили из водопроводной сети воды, которая содержала стойкий против хлороформа штамм микроба. Того же года опасные микробы попасли к водопроводной сети в городах Вашингтон и Нью-Йорк. Эпидемия холеры, которая возникла в результате загрязнения воды и длилась десять недель, обошлась в миллиард долларов, что втрое больше, чем было вложено в водоснабжение на протяжении 80-х годов.

Стоит особенно выделить ядовитый "спектр" загрязнений поверхностных вод, который угрожает не только здоровью людей, но и всем живым существам существующих акваторий. В последнее время заметно распространилось ртутное загрязнение вод. В конце 50-х годов в средствах массовой информации появились тревожные сообщения о болезни, которая получила название Минамата, которое приводило к ранней смертности и послаблению физического развития японцев из сел вокруг залива Минамата и реки Агано. Причиной стал сброс стоковых вод местного завода к заливу. Отходы метиловой ртути попадали в организм рыбы и других морских животных, а впоследствии в процессе потребления - в организм человека.

Высокая способность беспозвоночных к аккумуляции токсичных веществ - главная причина проникновения их в трофические цепи водных экосистем, а затем в организм человека. Концентрация ртути у некоторых видов рыб в Балтийском море выросла настолько, что правительства Швеции, Финляндии, Дании запрещают лов рыбы около берегов, вблизи которых расположены промышленные предприятия.

Свинец - это распространен фактор загрязнения воды. Например, в водах северного побережья Средиземного моря выбросы свинца предприятиями настолько большие, что в результате его кумулятивного действия в организме выловленной рыбы концентрация превышает разрешенную ВОЗ в 20 раз. Загрязняют поверхностные воды и моющие синтетические вещества, которые почти не задерживаются очистительными сооружениями. Пушистый слой светлой пены препятствует доступу кислорода, а следовательно, самоочистке воды.

Аналогичная за действием поверхностная пленка, которую образуют на воде нефтепродукты. Кстати, 1 л сырой нефти может сделать непригодной для питья 1 млн. л воды. В результате достаточно частых катастроф танкеров нефть загрязняет прибрежные воды, в результате чего погибает огромное количество растений, рыбы, птиц и других животных. Большой вред нефтепродукты наносят пляжным зонам. Под белым, как снег песком пляжей Александрии (Египет) случаются огромные сгустки нефти, которые снижают рекреационное качество побережья.

Избыточное обогащение водных экосистем питательными веществами приплело к их эвтрофикации (от грецк. эвтрофия - хорошее питание). Это явление можно наблюдать в водах рек, озер и эстуария (устья рек), ее и характеризуются низкой способностью возобновлять кислород. Различают два типа эвтрофикации - естественную и культурную.

Естественная эвтрофикация - это процесс последовательного старения водоемов в результате намыва илу и питательных веществ. Его прогрессирующее влияние испытывают прежде всего реки с медленным течением и стоячие водоемы. Завершается эвтрофикация водной экосистемы образованием высокопродуктивного болота, а впоследствии наземных растительных группировок - луговых, кустарниковых, древесных.

Второй тип - культурная, или галопирующая эвтрофикация, которая происходит в результате интенсивного наплыва антропогенных отходов: не переделанных промышленных стоков, дренажных вод из сельскохозяйственных угодий. В последнее время наблюдается эвтрофикация рекреационных водоемов.

Наверно, самый яркий пример изменений в жизни акваторий в условиях индустриализации и урбанизации - трагическая судьба озера Эри, из которого вытекает г. Ниагара, всемирно-известная своим Ниагарским водопадом (США), описана в 70-х годах Б.Коммонаром. За последние десять лет, сообщает автор, люди, которые проживают в околицах озера, не могли не видеть его вырождения. Пляжи, которыми они пользовались, загрязнены; летом огромное количество рыбы и водорослей, что раскладывается, покрывают берег; когда-то искристая водная поверхность покрыта нечистотами; нефть, которая смахивает в один из его притоков, время от времени загораеться. И диагноз, установленный автором, - биологический баланс озера Эри нарушен, и если оно не погибло, то, во всяком случае, пораженное смертельной болезнью. Правительством США в последние десятилетия принято меры, направленные на оздоровление не только озера Эри, но и всех акваторий, которые входят в систему Больших озер, из которых начинает свое течение полноводная артерия Северной Америки - река Св.Лаврентия.

Снижение уровня кислорода, а иногда его полное отсутствие, ведет к отмиранию в водоемах всего живого; реки на больших расстояниях превращаются в мертвые и вонючие потоки. Культурная эвтрофикация - в значительной мере результат загрязнения водоемов нитратами и фосфатами. Нитраты, как известно, проявляют сильное биологическое влияние как биостимуляторы, которые усиливают процесс эвтрофикации, особенно в прибрежных водах.

Бурный рост водорослей в Больших озерах был вызван фосфатами, которые поступали из очистительных сооружений. При цветении водорослей, кроме фосфора и азота, присутствующие, как свидетельствуют лабораторные анализы, натрий, калий, а также витамин В12.

Чтобы замедлить галопирующий процесс эвтрофикации, следует прибегнуть к екосистемного подходу, который бы исключил избыточный поверхностный сток и наносы из окружающих территорий, предусмотрел бы увеличения органические и уменьшения химических удобрений, улучшения очистки всех стоков.

Очистка стоков, охрана акваторий и подземных вод - это забота не только о питьевой воде, а прежде всего о здоровье всей городской экосистемы. В экосистемной цепи (вместе с почвой, воздухом, растительным и животным миром) лишь чистая вода может обеспечить оптимальные условия развития биоценоза.

В последнее время наблюдается резкое уменьшение дебиту местных источников, а потому придется удовлетворять спрос на воду за счет подключения отдаленных не только на десятки, но и на сотне километров водоемов. Например, Москва, обитатели которой потребляют 30% подземных вод и 70% поверхностных, получают воду, которая в начале поступает в водохранилища. В европейских проектах водоснабжение предусматривает использование водных ресурсов альпийских ледников и озер Швеции. Актуальными становятся проекты опреснения морской воды и перекида ее в города.

В США еще в начале XX века города перешли на эксплуатацию поверхностных вод, для чего были созданы мощные водопроводные станции. Сегодня жители американских городов употребляют 90% питьевой воды, полученной от поверхностного стока. В результате колоссального загрязнения поверхностных вод придется их регенерировать перед отправлением к водопроводной сети.

Мировая практика выработала три метода очистки сточных вод: первичный, вторичный и третичный. Все они базируются на принципе обеспечения воды кислородом, необходимых для жизнедеятельности аэробных бактерий, которые принимают участие в расписании органических отходов. Для этого специально определяют коэффициент биохимической потребности в кислороде (БОД).

Первый метод очистки предусматривает устранение около 60% твердых частиц материала и около 30% кислородсодержащих отходов. Фильтры задерживают песок, гравий, мусор, изымают нечистоты и шлаки, остальные же отходы оседают, образовывая ил. Следовательно, при использовании этого метода остается больше половины отходов, которые поглощают кислород. Расписание их бактериями может привести к истощению кислорода в водных системах.

Вторичная обработка происходит в отстойниках, где с помощью кислорода и бактерий разрушается, большинство органических отходов, которые бы в противном случае могли поглотить растворенный в воде кислород и привести к ускорению размножения водорослей и бактерий. С помощью этого значительно более дорогого метода изымается, до 90% киснет потребляющих отходов, но конечный продукт еще содержит много чрезвычайно сложных химических загрязнителей: 70% фосфору и азоту (в основном нитратов), 95% растворенных солей, включая тяжелые металлы, такие, как ртуть и свинец, все радиоизотопы и стойкие пестициды. В такой обстановке продолжается процесс эвтрофикации, В то же время возникает еще одна проблема: как использовать отобранный фильтрами ил, в котором есть еще много химических добавок.

Третичная обработка, которая на 25-30% более дорога по сравнению со вторичной, используется реже. Она извлекает 95% загрязнителей и дает возможность обеспечить людей чистой питьевой водой. Одна из первых таких установок была создана в штате Калифорния на озере Тахо. Она ежедневно обрабатывает 7,5 млн. т озерной воды, осаждая фосфор, и "выдувает" в десорбцийних камерах азот, который находится там в виде аммиака. Последняя стадия очистки заключается в пропускании воды через активированный уголь, который связывает большинство химикатов, которые там остались.

В Украине охрана водных ресурсов регламентируется водным законодательством, которым предусмотрено обеспечение высококачественной очистки промышленных и бытовых стоков.