Понятие о водопользовании и водопотреблении

Водопользование — это совокупность всех форм и видов использо­вания водных ресурсов в общей системе природопользования. Водополь­зование включает использование водных объектов для удовлетворения потребностей населения и хозяйства (водный транспорт и лесосплав, рекреационное использование), использование воды без изъятия ее из водных объектов путем пропускания воды через объект водопользования (ГЭС, мельницы), водопотребление, т.е. изъятие воды из водных объектов.

Водопотреблениеподразделяется на возвратное, т.е. с возвращени­ем использованной воды в источник водоснабжения, и безвозвратное, связанное с вхождением воды в состав продукции или расходом ее на фильтрацию, испарение и т.п. Водопотребление в мире колеблется от 3 до 700 л/чел в сутки и имеет тенденцию к быстрому росту Некоторые издания прошлых лет содержат утверждение, что потребление воды на душу населения — показатель развитости, культуры ведения хозяйства. Приводились примеры: водопотребление в Москве — 350 л в день, в Лондоне — 170 л в день. Фактически же высокие цифры водопотребле­ния часто отражают неэффективное использование воды, ее многочисленные потери.

Вода — один из важнейших ресурсов для сельского хозяйства и мно­гих отраслей промышленности, один из ведущих факторов размещения производства, а во многих случаях — сдерживающий фактор (напри­мер, для Уральского региона). К наиболее водоемким отраслям промышленности относятся черная и цветная металлургия (производство 1 т чугуна потребляет 40-50 м3 свежей воды), химическая промышленность (на производство 1 т химических волокон уходит 2000-3000 м3 свежей воды) и целлюлозно-бумажная промышленность (на производство 1 т целлюлозы требуется 400-500 м3 свежей воды), эти же отрасли произ­водят и наибольшее количество сточных вод. Не меньшие водные проблемы в настоящее время создает и сельское хозяйство: 1 га кукурузы испаряет за вегетационный период 2-3 тыс. м3 воды, для выращива­ния 1 т пшеницы требуется 1500 м3 воды, 1 т риса — 4000 м3,1 т хлопка — 10 000 м3. Известна роль хлопководства в нарушении водного ба­ланса речных бассейнов Средней Азии, что привело к катастрофиче­скому падению уровня Аральского моря. Животноводство в меньшей степени лимитируется водными ресурсами и поэтому часто играет роль основной отрасли хозяйства там, где водных ресурсов недостаточно для других отраслей. Однако в бывшем СССР в период увлечения строи­тельством животноводческих комплексов было немало случаев (преиму­щественно в степной и лесостепной зонах), когда комплексы на сотни тысяч голов так и не выходили на проектную мощность, в том числе из-за нехватки воды.

4. Источники и виды загрязнения поверхностных вод. Основная причина загрязнения водных бассейнов — сбросу неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод. Преобладающая часть воды, используемой в промышленности, сельском хозяйстве, в хозяйственно-бытовых целях, возвращается в водоемы загрязненной. Источниками загрязнения поверхностных вод становятся объекты, вносящие в них загрязняющие вещества, микроорганизмы или избыточную теплоту. Ниже перечисле­ны основные источники загрязнения водоемов.

Промышленные стоки, поступающие в системы производственной канализации. Их количество и состав сильно различаются в зависимо­сти от типа и мощности предприятия, вида сырья, характера техноло­гии, используемой аппаратуры и т.д. На долю промышленности прихо­дится 70-80% всех сточных вод. Существует два типа водоснабже­ния предприятий — прямоточное, при котором отработанные воды, в той или иной степени очищенные или неочищенные, возвращаются в водоем, и оборотное, при котором сточные воды после очистки вновь многократно используются в производственном процессе. По мере вне­дрения систем оборотного водоснабжения доля промышленных стоков в загрязнении водных объектов постепенно снижается.

В промышленном производстве вода используется как теплоноси­тель, поглотитель, растворитель, средство транспортировки, а ча­сто для нескольких целей одновременно. Промышленные сточные воды очень сильно различаются степенью загрязненности. Некоторые виды промышленных сточных вод содержат компоненты, представляющие определенную ценность как сырье. Различают четыре класса сточных вод: загрязненные неочищенные, недостаточно очищенные, нормативно очищенные, условно чистые (не требующие очистки).

Разновидностью промышленных сточных вод являются теплые воды электростанций. Они могут и не содержать загрязняющих веществ, но вызывать нарушение температурного режима (тепловое загрязнение), приводящее к искажению биологических процессов и эвтрофикации водоемов.

Хозяйственно-бытовые (коммунальные) стоки составляют пример­но 20% всего объема сточных вод, причем по мере снижения вклада про­мышленных источников их доля в водоотведении постепенно растет. Хозяйственно-бытовые сточные воды имеют относительно устой­чивый состав. От одного человека в сутки в среднем поступает 65 г взве­шенных веществ, 8 г азота аммонийного, 3,3 г фосфатов, 9 г хлоридов, 60-75 г органических веществ (БПКп).

Диффузные источники загрязнения: взвешенные вещества, удобре­ния, пестициды, нефтепродукты, тяжелые металлы, смываемые ливне­выми и талыми водами с полей и с городских улиц. В некоторых случа­ях (например, животноводческие комплексы, перерабатывающие пред­приятия) поступающие загрязняющие вещества концентрируются и по характеру воздействия почти не отличаются от промышленных стоков. Воздействие данного источника загрязнения усугубляется отсутствием (как правило) очистки. Воздействие диффузных источников загрязнения сложно не только предотвратить, но даже учесть. Наиболее подвер­жены воздействию диффузных источников загрязнения малые реки.

Жидкие полезные ископаемые и сопутствующие вещества (нефть и рассолы из глубинных горизонтов, шахтные и рудничные сточные воды) могут попадать в водоемы вследствие потерь при добыче и транспорти­ровке и из естественных выходов (например, у берегов Калифорнии, в Мексиканском и Персидском заливах). Этот источник загрязне­ния, в связи с большими масштабами добычи и транспортировки неф­ти, в сочетании с износом оборудования и другими причинами роста аварийности в последние десятилетия многократно приводил к катаст­рофическим последствиям (аварии танкеров у берегов Великобритании, Японии, на Аляске, аварии нефтепроводов в республиках Коми и Баш­кортостан).

Объекты водопользования: загрязнение водоемов водным транспор­том, лесосплавом, добычей полезных ископаемых в акваториях.

Загрязнения, поступающие из атмосферы в результате их осажде­ния и вымывания атмосферными осадками (иногда до 15%). Образование загрязняющих веществ непосредственно в водоемах, что чаще всего бывает связано с созданием водохранилищ (усиленное раз­витие фитопланктона, в том числе сине-зеленых водорослей, выделяю­щих токсичные вещества).

Источники загрязнения подземных вод. Загрязнение подземных вод происходит при фильтрации загрязняющих веществ с поверхности, при гидродинамических и физико-химических процессах, развивающих­ся в недрах при техногенном воздействии на них. Таким образом, разли­чают загрязнение подземных вод «сверху» и «снизу», и, по имеющимся оценкам, преобладает первое. Проблема загрязнения подземных вод усугубляется тем, что в условиях характерной для подземных горизон­тов анаэробной восстановительной среды, постоянно низких температур, отсутствия солнечного света процессы самоочищения резко замед­лены. Существуют следующие основные виды источников загрязнения подземных вод.

Промышленные площадки предприятий, связанных с получением или использованием в качестве сырья веществ, способных мигрировать с подземными водами. Места хранения и транспортировки промышленной продукции и отходов производства. Этот источник загрязнения наиболее характерен для предприятий горнодобывающей, металлургической и химической промышленности (шлако- и шламонакопители, скопления «хвостов» обогащения руд, пруды-накопители и отстойники сточных вод). В последние годы выявлены случаи крупномасштабного загрязнения подзем­ных вод нефтепродуктами в результате их утечек или преднамеренного слива на нефтебазах и в бензохранилищах.

Места аккумуляции коммунальных и бытовых отходов (свалки, вы­гребные ямы), не оборудованные в соответствии с современными эко­логическими требованиями гидроизоляцией и системами сбора, удале­ния и обезвреживания фильтрующихся и конденсирующихся вод. Заг­рязнение подземных вод нередко происходит и при размещении кладбищ и могильников, полей орошения, фильтрации и ассенизации на участках, сложенных проницаемыми породами.

Сельскохозяйственные объекты и угодья, где хранятся или применя­ются удобрения и пестициды, скапливается навоз. Особенно большую опасность для загрязнения подземных вод представляют хранилища пестицидов, в том числе запрещенных к употреблению, а также недей­ствующие скважины на животноводческих фермах.

Участки инфильтрации загрязненных атмосферных осадков. Роль этого источника загрязнения подземных вод почти не изучена, но не­сомненно, что он вносит определенный вклад в формирование фоновых уровней концентрации поллютантов.

Буровые скважины, нарушающие целостность водоупоров. Загряз­нение по неликвидированным скважинам, а также по затрубному про­странству разведочных и эксплуатационных скважин может происхо­дить как сверху, с буровых площадок, так и снизу, под напором, из глу­бинных водоносных горизонтов и нефтяных залежей. Особенности загрязнения подземных вод связаны с тем, что при низких температу­рах, отсутствии солнечного света, недостатке или отсутствии кислоро­да процессы самоочищения протекают крайне замедленно, нередко раз­виваются вторичные процессы, усиливающие эффект загрязнения. Так, соленые воды в процессе фильтрации способны многократно (до десят­ков раз) увеличивать проницаемость пород и загрязнять водоносные го­ризонты на расстояниях до десятков километров от источника, причем интенсивность фильтрации соленых вод с течением времени увеличи­вается. Нефтяное загрязнение подземных вод исключительно устойчи­во: при внедрении в водоносную систему 1 м³ нефти образуется и суще­ствует от 80 до 500 лет зона загрязнения протяженностью до 1,5 км. Широко распространено образование сероводорода при попадании орга­нических загрязнений в анаэробную среду подземных водоносных го­ризонтов. Подъем глубинных вод и флюидов по естественным наруше­ниям водоупоров (разломам) также способен приводить к аналогичным эффектам.

5. Охрана подземных и поверхностных вод.

Нормирование загрязне­ния водной среды осуществляется в рамках принципов гигиенического нормирования, но в то же время имеет ряд особенностей. Нормативы качества воды устанавливаются по-разному, в зависимости от характера использования водоемов: для хозяйственно-питьевого водоснабжения, для рекреационных или рыбохозяйственных целей. Соот­ветственно различают предельно допустимые концентрации для разных категорий водоемов:

1) ПДК_в — предельно допустимая концентрация, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей жизни и на здоровье последующих поколений, не должна ухудшать гигиенические условия водопользования;

2) ПДК_вр - предельно допустимая концентрация вещества в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей.

Установле­ние ПДК требует длительных дорогостоящих исследований, при их отсутствии на основе экспрессных оценок временно устанавливаются ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ). Для водоемов, используемых в хозяйственно-питьевых и рекреационных целях, уста­новлено 11 основных показателей состава и свойств воды (содержание взвешенных веществ, плавающие примеси, запахи и привкусы, окраска, температура, рН, минерализация, растворенный кислород, биохимическое потребление кислорода, содержание бактерий, содержание токсич­ных веществ), в том числе ПДК для 420 веществ, для водоемов, исполь­зуемых в рыбохозяйственных целях, установлено 8 основных по­казателей состава и свойств воды (содержание взвешенных веществ, плавающие примеси, запахи и привкусы, окраска, температура, рН, ра­створенный кислород, биохимическое потребление кислорода, содержа­ние токсичных веществ), ПДК для 72 веществ.

ПДК_вр определяется исходя из требования устойчивости популя­ций ихтиофауны, по своему содержанию они наиболее (в сравнении с другими нормативами) приближаются к экологическим ПДК. При этом, согласно «Правилам охраны поверхностных вод», требование соблюдения ПДК распространяется не на все акватории водоемов, а лишь на места водопользования и створы, расположенные на расстоя­нии до 1 км от таких мест. Отнесение водоемов к категории рыбохозяйственных входит в компетенцию местных органов управления водным хозяйством; рыбохозяйственными считаются все водоемы, за исключе­нием отстойников сточных вод.

Поскольку характер воздействия загрязняющих веществ на организм неодинаков, различают отдельные группы нормативных показателей по видам воздействия — лимитирующим признакам вредности (ЛПВ). Для концентраций загрязняющих веществ в водоемах установлены:

■ органолептический ЛПВ — вещества, изменяющие органолептические свойства воды (цвет, запах, вкус);

■ общесанитарный ЛПВ — вещества, влияющие на общее сани­тарное состояние водоема (в том числе на скорость процессов самоочищения);

■ санитарно-токсикологический ЛПВ — вещества, непосредствен­но оказывающие воздействие на организм человека и гидробионтов.

Для рыбохозяйственных водоемов выделяют также ток­сикологический и рыбохозяйственный ЛПВ. Если вещество спо­собно оказывать воздействия, относящиеся к разным ЛПВ, то в качестве нормативного выбирается ЛПВ с минимальным уров­нем воздействия. При этом для водоемов различного назначе­ния ПДК одного и того же вещества могут быть установлены по разным ЛПВ (таблица). Предельно допустимые сбросы (ПДС) предприятий, канализацион­ных систем городов и т.п. должны обеспечивать соблюдение ПДК в ука­занных выше створах. ПДС рассчитываются с учетом фонового уровня загрязнения и ряда гидрологических параметров: расхода воды 95% обес­печенности, средней скорости течения, глубины, коэффициента шеро­ховатости дна потока.

Суммирование концентраций загрязняющих веществ, выраженных в долях ПДК, по принципу:

проводится в рамках одного ЛПВ. Иными словами, если несколько ве­ществ относятся к одному ЛПВ, то единицу не должна превышать сум­ма их концентраций, выраженных в долях ПДК, если же они относятся к разным ЛПВ, то концентрацию на уровне ПДК может иметь каждое из них.

Предельно допустимые концентрации распространенных загрязня­ющих веществ приводятся в таблице (ниже).

Как видно из приведенной таблицы, соотношения между ПДК для водоемов разного назначения неодинаковы. Если при нормировании воздуха ПДКрз во всех случаях выше ПДКмр, а ПДКмр выше или рав­на ПДКсс, то при нормировании воды ПДК для рыбохозяйственных водоемов могут быть как выше, так и ниже, чем ПДК для водоемов хо­зяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения. Поскольку использование водоемов, как правило, является многоцелевым, приро­доохранные органы обычно руководствуются более жесткими ПДК. При этом возникают некоторые коллизии, связанные с недостаточным уче­том в экологическом нормировании разнообразия форм нахождения веществ. Например, ПДК тяжелых металлов установлены для валовых содержаний, тогда как токсичными являются лишь свободные ионы. В результате по ряду веществ ПДК фактически установлены на уровне природного фона или даже ниже его. Вследствие этого природоох­ранные органы на местах довольно часто фиксируют многократные превышения ПДК, в частности по железу и меди, в водах рек, в бассейнах которых отсутствуют промышленные источники загрязнения. Это под­рывает доверие к принципу экологического нормирования. Использование столь жестких (ниже природного фона) ПДК при расчетах ПДС и допустимых концентраций загрязняющих веществ в сточных водах пред­приятий приводит к абсурдной ситуации, когда требования к сточной воде предприятий оказываются более строгими, чем к воде водоемов и даже питьевой: от предприятий требуется сбрасывать воду, более (до 2-3 порядков) чистую, чем потребляемая ими, что явно нереально.

Контроль источников загрязнения поверхностных вод схож с конт­ролем атмосферных выбросов: предприятия представляют данные о водопотреблении и водоотведении для определения платежей (форма 2-ТП водхоз), природоохранные органы периодически проверяют их до­стоверность. Показатели содержания загрязняющих веществ в сточных водах определяются аналитическим или расчетным путем. Статисти­ческая форма 2-ТП (водхоз) в части, касающейся сбросов поллютантов, менее детализирована, чем форма 2-ТП (воздух), в ней предусмотрены лишь графы для десяти учитываемых веществ вместо открытого спис­ка. Предприятия разрабатывают и реализуют планы водоохранных ме­роприятий. Из планов водоохранных мероприятий отдельных предпри­ятий, а также мероприятий местного, регионального и общегосудар­ственного значения, финансируемых за счет соответствующих бюджетов и внебюджетных экологических фондов, формируются разделы, посвя­щенные охране водных объектов, целевые комплексные программы ох­раны окружающей среды местного, регионального и государственного уровней.

Мониторинг загрязнения поверхностных вод ведется с помощью ста­ционарных постов. Периодичность отбора проб, в зависимости от катего­рии пункта, составляет от ежедневного или ежедекадного отбора до одно­го раза в несколько месяцев (в основные фазы водного режима). Чис­ло контролируемых ингредиентов составляет от единиц до нескольких десятков. Стационарные посты государственной сети наблюдений допол­няются ведомственными, функционирующими с различной периодично­стью. Водоемы, служащие источниками питьевого водоснабжения, а так­же рекреационные, контролируются санитарно-эпидемиологической службой. Постепенно внедряются системы автоматизированного контро­ля, основанные на использовании датчиков и компьютерных сетей. Показатели качества воды определяются с использованием гигие­нических нормативов.