Вода — самое удивительное вещество на Земле. Известный советский ученый академик И. В. Петрянов свою научную популярную книгу о воде назвал «Самое необыкновенное вещество в мире». А «Занимательная физиология», написанная доктором биологических наук Б. Ф. Сергеевым, начинается с главы о воде – «Вещество, которое создало нашу планету».

Организм человека пронизан миллионами кровеносных сосудов. Крупные артерии и вены соединяют друг с другом основные органы тела, б,олее мелкие оплетают их со всех сторон, тончайшие капилляры доходят практически до каждой отдельной клетки. Копаете ли вы яму, сидите ли вы на уроке или блаженно спите, по ним беспрерывно течет кровь, связывая в единую систему человеческого организма мозг и желудок, почки и печень, глаза и мускулы. Для чего же нужна кровь? Кровь доносит до каждой клетки нашего тела кислород из легких и питательные вещества из желудка. Кровь собирает отходы жизнедеятельности из всех, даже самых укромных уголков организма, освобождая его от углекислого газа и других ненужных, в том числе опасных веществ. Кровь разносит по всему телу особые вещества – гормоны, которые регулируют и согласовывают работу разных органов. Иными словами, кровь соединяет разные части тела в единую систему, в слаженный и работоспособный организм.

Так же кровеносная система есть у нашей планеты. Кровь Земли – это вода, а кровеносные сосуды – реки, речушки, ручьи и озера. И это не просто сравнение, художественная метафора. Вода на Земле играет ту же роль, что и кровь в организме человека. «Возница природы» - так назвал воду великий Леонардо да Винчи. Именно она, переходя из почвы в растения, из растений в атмосферу, стекая по рекам с материков в океаны и возвращаясь обратно с воздушными потоками, соединяя друг с другом различные компоненты природы, превращая их в единую географическую систему. Вода переносит с собой огромное количество химических веществ, экспортируя их из почвы в растения, с суши в озера и океаны, из атмосферы на Землю. Все растения могут потреблять питательные вещества, содержащиеся в почве, только с водой, где они находятся в растворенном состоянии. Вода снабжает питательными веществами и обитателей рек, озер и морей. Самый богатый «стол» образуется в тех местах, где несущие питательные вещества реки впадают в озера и моря. А кто удаляет отходы, образующиеся в результате жизнедеятельности различных географических систем? Опять же вода, причем в должности акселератора она работает намного лучше кровеносной системы человека, которая лишь частично выполняет эту функцию.

Особенно важна очистительная роль воды сейчас, когда человек отравляет окружающую среду отходами городов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий. А сколько воды обслуживает жизнь нашего мира? На всей Земле содержится 1,5 млрд. км3 воды, что по весу равно примерно 1500000000000000000 тонн! На каждого человека приходится по 1, 4 км3 воды, или по 250 млн. т. Пей, не хочу! Но, к сожалению, все не так просто. Дело в том, что 94 % этого объема составляют воды мирового океана, не пригодные для большинства хозяйственных целей. Лишь 6 % - это воды суши, из которых пресной всего 1/3, т. е. лишь 2 % от всего объема гидросферы. Основная масса этих пресных вод сосредоточена в ледниках. Значительно меньше их содержится под земной поверхностью. На долю рек, из которых в основном и берет воду человек, приходится совсем мало – 1,2 тыс. км3. Совершенно ничтожен общий объем воды, единовременно содержащийся в живых организмах. Так что воды, которую может потреблять человек и другие живые организмы, на нашей планете не так уж много.

Недостаток чистой воды становится одним из важнейших факторов, ограничивающим прогрессивное развитие человечества. Вода применяется во всех областях хозяйственной деятельности человека. Практически невозможно назвать какой-либо процесс, в котором не использовалась бы вода. В связи с бурным развитием промышленности, ростом населения городов расход воды увеличивается. Первостепенное значение приобретают вопросы охраны водных ресурсов и источников от истощения, а также от загрязнения сточными водами. Всем известно, какой ущерб наносят сточные воды обитателям водоемов. Еще страшней для человека и всего живого на Земле появление в речных водах химикатов, смываемых с полей. Так наличие в воде 2,1 части пестицида (эндрина) на миллиард частей воды достаточно для гибели всех находящихся в ней рыб. Огромную угрозу для человечества представляют сбрасываемые в реки неочищенные стоки населенных пунктов. Эта проблема решается путем создания таких технологических процессов, в которых отработанная вода не сбрасывается в водоемы, а после очистки снова возвращается в технологический процесс.

В настоящее время уделяется огромное внимание охране окружающей среды. В соответствии с Конституцией Российской Федерации каждый имеет право на благоприятную окружающую среду, каждый обязан сохранять природу и окружающую среду, бережно относиться к природным богатствам, которые являются основой устойчивого развития жизни и жизнедеятельности народов, проживающих на территории Российской Федерации.

20 декабря 2001 г. (с изменением на 22 августа 2004 г.) был принят Государственной Думой Федеральный закон «Об охране окружающей среды» и одобрен Советом Федерации 20 декабря 2001 г. В соответствии с Конституцией Российской Федерации каждый имеет право на благоприятную окружающую среду; каждый обязан сохранять природу и окружающую среду, бережно относиться к природным богатствам, которые являются основой устойчивого развития жизни и жизнедеятельности народов, проживающих на территории Российской Федерации.

Существуют следующие виды загрязнения природных вод:

  • радиационное;
  • химическое;
  • физическое;
  • тепловое;
  • биологическое.

Анализ качественного состава поверхностных вод за последнее десятилетие по индексу загрязненности вод (ИЗВ) показал, что по степени загрязнения водные объекты области можно разделить условно на четыре класса качества вод (от умеренно-загрязненных до очень грязных). Очень грязные воды (VI класс качества) отмечены в реке Москва на участке ниже г. Москвы и до устья, на реке Яуза в пределах города Москвы, на р. Пахра от Подольска до устья, на р. Клязьма от Щелково до Орехово-Зуево, на р. Воймега в районе города Рошаль, а также на реках Закза и Медвенка в районе деревни Б. Сареево. Концентрации основных видов загрязняющих веществ на отмеченных участках этих рек составляли от 10 до 28 ПДК. К рекам, воды которых классифицируются как грязные (V класс) относятся Дубна, Кунья, Ока (ниже Коломны), Нара (ниже Наро-Фоминска), р. Москва в центральной части города Москвы (Бабьегородская плотина), р. Рожайка, р. Пахра (в районе устья), р. Воря. Содержание основных видов загрязняющих веществ в них составляло от 7 до 12 ПДК. Качество воды в этих водотоках за десять лет практически не изменялось.

В группе рек с загрязненными водами (IV класс качества), относятся Ока (от Серпухова до Коломны), Лама, Лопасня, Осетр, Москва (в районе д. Барсуки), Пахра (на участке выше Подольска), Клязьма (на участке выше Щелково). Средние концентрации основных видов загрязняющих веществ на этих реках не превышали 4-9 ПДК.

Существующая антропогенная нагрузка на экосистему Оки сегодня очень значительна. За последние 10 лет падение уровня воды в верховьях реки достигло 170-220 см, что уже привело к потере нерестилищ и кормовой базы, к уменьшению численности популяций рыб и деградации системы самоочищения реки. Поскольку из Оки планируется дополнительное изъятие до 17% от минимальных меженных расходов на участке реки в Серпуховском и Ступинском районах (а в дальнейшем и вдвое больше), экологические последствия для экосистемы всей Верхней Волги становятся непредсказуемы.

К наиболее благополучным водным объектам на территории Московского региона, (с III классом качества вод умеренно-загрязненные воды), принадлежат верховье реки Москва (на участке от д. Барсуки до п. Ильинское), водохранилища Можайское, Рузское, Озернинское, Истринское, рр. Истра (д. П. Слобода), Нерская (г. Куровское). Средние концентрации загрязняющих веществ в этих водных объектах не превышали 0,5-4 ПДК.

В водах р. Ока на входе в Московскую область содержание органических веществ (по БПК 5), нитритного и аммонийного азота год от года колебалось от 0,5 до 3 ПДК, минимальные значения содержания нитритного азота в Оке были зафиксированы в 1993, 1994 гг. (многоводные годы), максимальные до 9 ПДК отмечались в годы маловодные 1992, 1997 гг.

В верхней части Москва-реки в районе Звенигорода среднегодовые величины БПК-5, содержание аммонийного, нитритного азота изменялись от 0,5 до 2,5 ПДК. Наиболее высокие среднегодовые концентрации загрязняющих веществ отмечаются ниже Москвы, хотя и здесь прослеживается тенденция снижения аммонийного и нитритного азота и фенолов.

Снижения степени антропогенной нагрузки на водные объекты Московской области на протяжении последних 10 лет подтверждается и повторяемостью возникновения случаев высокого загрязнения (ВЗ) поверхностных вод. Так, если в 1989 г. было отмечено 215 случаев высокого загрязнения вод аммонийным азотом, то в 1997 г. только 14; по нитритному азоту число случаев высокого загрязнения вод сократилось с 84 в 1989 г. до 52 в 1997 г.

Приведенная информация позволяет сделать вывод, что качественный состав водных объектов Московского региона за последнее десятилетие на ряде рек (Лама, Сестра, Дубна, Кунья, Ока, Нара, Лопасня, верховье рек Москвы, Пахры, Клязьмы) и водохранилищах в результате снижения поступления объемов загрязненных вод от сельскохозяйственных производств и промстоков несколько улучшился. Наиболее неблагоприятными с экологической точки зрения остаются участки р. Москвы после прохождения города Москвы и до устья, р. Яуза в пределах Москвы, р. Пахра от Подольска и до устья, р. Клязьма от Щелково до Орехово-Зуево.

На территории Коломенского района протекает 24 реки, из которых Ока и Москва являются крупными, остальные можно отнести к малым рекам, протяженность которых менее 100 км. Площадь водного бассейна 5 тыс. га. Густота речной сети в районе неравномерна. Более всего рек и речушек в западной части района. Здесь протекают и самые крупные реки.

Река Москва, низовье р. Москвы относятся к 6 классу качества (загрязненность в 6-10 раз выше чистой воды, принятой за эталон) и вода характеризуется как предельно грязная по всем сторонам до впадения в реку Оку. Выше города Москвы ее загрязнение происходит в незначительных размерах, носящих периодический характер (весенний сток, аварийный сброс). Изменение содержания азота аммонийного выше Звенигорода из года в год практически не меняется.

Ниже по течению реки, на границе с Москвой содержание азота аммонийного возрастает в 1,5-2 раза летом и до 7 ПДК зимой.

Основное загрязнение р. Москва на участке выше города получает от сельхозобъектов, расположенных по берегам реки. Наибольшее их влияние ощущается на участке от Звенигорода до Москвы в зимний период во время оттепелей и весной до время паводка. Например, в результате смыва с полей совхоза «Красный луч» Красногорского района навозосодержащих сточных вод в Москву, поступает азот аммонийный, фосфаты, сульфаты, хлориды с превышением ПДК в 1000 и более раз. По нефтепродуктам превышение составляет до 10 раз, что объясняется поверхностным смывом с промтерриторий, расположенных близко к реке.

Значительное загрязнение Москва-реки происходит на территории города Москва, где в водоем поступает вода естественных малых водотоков, протекающих на территории города, а также загрязненный поверхностный сток. В результате деятельности многочисленных промпредприятий, а также интенсивного движения автотранспорта в черте города малые водотоки превращены в сточные канавы. Качества воды, питающей Москва-реку на территории города, соответствует неочищенным водам и превышает ПДК по многим показателям в 50-100 раз. Применение солей для посыпки дорог в Москве приводит к тому, что в результате смыва речная вода приобретает повышенную токсичность.

В Москва-реку от станций аэрации и промпредприятий ежегодно сбрасывается около 20 тыс. т взвешенных веществ, 12 тыс. т азота аммонийного, 800 т нитритов, 10 т фенолов, 16 тыс. т органических веществ, 1200 т нефтепродуктов, 30 т меди (в солях), 270 т цинка (в солях), а также около 120 т других тяжелых металлов в солевых соединениях.

После сброса сточных вод в Москва-реку Московскими станциями аэрации, самоочищение реки идет очень медленно, и влияние загрязнений города ощущается вплоть до Коломны, то есть до впадения ее в Оку. Организация наблюдения за качеством питьевой водой хозяйственно-питьевого водоснабжения Московской области в рамках социально-гигиенического мониторинга осуществлялась на 459 контрольных (мониторинговых) точках, на которых проводились исследования качества питьевой воды по физико-химическим (мышьяк, кадмий, никель, тетрахлорметан, аммиак, нитриты, железо, фтор и пр.) и микробиологическим показателям. Проведено 20 тыс. 377 исследований. (Решение коллегии «О совершенствовании работы по организации и ведению социально-гигиенического мониторинга» 20. 05. 2009 г.).

На качество воды Оки влияют, в основном, хозяйственно-бытовые и промышленные сточные воды городов Серпухов, Ступино, Кашира, поступающие непосредственно в реку из городов Коломна, Москва через р. Москва. Состояние загрязненности Оки в районе выше г. Серпухов находится на стабильном уровне. Значительных загрязнений азотом аммонийным и нитритным в 1998-1999 гг. не зарегистрировано. Основное влияние на состояние реки оказывают стоки с очистных сооружений Серпухова. Очистные сооружения Серпухова постоянно испытывают перегрузку по концентрации специфических веществ, поступающих от промпредприятий практически без очистки, в результате чего, ОС ощущают перегрузку от концентрации и не справляются с очисткой.

Сброс недостаточно очищенных стоков с ОС осуществляется в р. Нару. В результате этого на Оке ниже Серпухова периодически наблюдаются превышения ПДК, установленных для водоемов рыбохозяйственного назначения. Состояние Оки на участке от г. Серпухов до г. Коломна за прошедшие годы оставалось стабильным. Выше Коломны показатели содержания азота аммонийного снизились по сравнению с предыдущими годами, не наблюдается превышение ПДК и по азоту нитритному. Ниже города превышение ПДК по азоту и нефтепродуктам составляет от 3 до 7 раз, что объясняется поверхностным стоком с территории города.

К границе с Рязанской областью Ока в результате самоочищения постепенно улучшает свое качество, вода имеет 4 класс качества (загрязненная). Сразу после Коломны (нижний створ) вода становится очень грязной (6 класс качества).

На состояние р. Оки ниже впадения р. Москвы, кроме загрязнений, вносимых дополнительно р. Москвой, оказывают влияние также сточные воды очистных сооружений г. Коломна, сбрасывающие стоки непосредственно в реку Оку.

Ока уже достаточно пострадала от неразумной эксплуатации ее «побережья». Сейчас Ока мало чем напоминает реку 10-20 летней давности. Она давно уже является рыбохозяйственным водоемом лишь на бумаге. Резко сократилось «поголовье» основных видов рыбы. Хищники – судак и щука - сегодня наперечет. Стерлядь вообще исчезла. Численность моллюсков находится на очень низком уровне. На участке Калуга – Коломна сохранились лишь небольшие островки водной растительности. В настоящий момент, несмотря на спад производства, заметного уменьшения загрязнения воды и донных отложений не наблюдается. По заключению ученых, «если не принять сейчас мер по восстановлению уровня Оки и мер по недопущению дальнейшего химического загрязнения воды, с каждым годом объемы затрат на восстановление экосистемы Оки будут увеличиваться».

В питьевой воде не должно быть сероводорода и металлов, которые придают воде неприятный вкус и запах.

Жесткость воды обусловлена наличием магния и кальция. Очень мягкая вода (< 7 мг/л) и очень жесткая вода (> 9 мг/л) плохо влияют на состояние здоровья человека.

К органическим показателям относятся: отсутствие запаха, выраженного вкуса, прозрачность (> 30 см); мутность (< 2 мг/дм3).

Очень важным является pH (водородный показатель). Если pH < 5,5, в пресных водоемах начинает уменьшаться видовое разнообразие гидробионтов, но увеличивается развитие грибков.

Определение токсикологичности воды.

Оценивают показатели аммиака, натратов, азота, нитритов, фтора, фенола, меди, цианидов, цинка, хлора, никеля, цезия-137, стронция-90.

Если ПДК вредных веществ больше в 3-5 раз, то такая вода может навредить здоровью уже через 1-2 месяца.

Если ПДК увеличена в 10 раз, тогда состояние здоровья ухудшится уже через 2-4 недели.

Если ПДК увеличена в 100 раз, то болезни появляются уже через несколько дней.

Под влиянием некоторых кишечных бактерий остатки нитратов могут превращаться в нитриты, которые быстро соединяются с гемоглобином крови и он утрачивает способность соединяться с кислородом.

Показатели качества воды

Прозрачность

Она зависит от степени рассеивания солнечного света в воде органическими и минеральными веществами, которые находятся в коллоидном и взвешенном состоянии. Прозрачность измеряется в сантиметрах. Она влияет на фотосинтез, фотолиз.

Температура

Температура воды формируется вследствие действия солнечной радиации, перенесения тепла течениями, теплообмена с атмосферой. От температуры зависят состояние, свойства воды и процессы жизнедеятельности организмов.

Цвет

Его определяют окрашенные вещества, которые синтезируются в результате перемешивания, смывов почвы, антропогенных загрязнителей, продуктов жизнедеятельности водных организмов.

Запах

Запах возникает в результате гнилостных процессов, которые осуществляются через химическое и биологическое загрязнение природными и антропогенными источниками.

Содержание взвешенных веществ

Взвешенные частицы попадают в воду через эрозию почвы и горных пород, антропогенных загрязнителей. В результате избыток взвешенных веществ влияет на глубину проникновения солнечного света, ухудшает жизнедеятельность обитателей водоемов, приводит к гниению водных объектов, провоцируя их экологическую старость.

В результате на поверхности раздела «воздух-вода» усложняется обмен веществ с атмосферой и фотосинтез. Большая часть поверхностно-активных веществ являются синтетическими и имеют токсическое воздействие на живые организмы.

Пестициды

К пестицидам относится большая группа синтетических хлорорганических и фосфорорганических веществ, которые используются для борьбы с сорняками, грызунами, насекомыми. Пестициды имеют токсическое, мутагенное и кумулятивное воздействие. Разрушаются они медленно.

Тяжелые металлы

К наиболее распространенным тяжелым металлам относятся свинец, медь, цинк. Они имеют мутагенное и токсическое воздействие, резко снижают интенсивность биохимических процессов в воде.

Бактериологические показатели

Бактериологические показатели указывают на загрязнение воды патогенными микроорганизмами. К важнейшим бактериологическим показателям относят: количество кишечных палочек в одном литре воды; количество воды в миллилитрах, в которой может быть обнаружена 1 кишечная палочка; количество лактозоположительных кишечных палочек.

Степень насыщенности воды органическими веществами

Растворенный кислород

Кислород попадает в воду в результате газообмена воды с атмосферой, фотосинтеза водных растений и цианобактерий. Кислород несут талые и дождевые воды, которые им перенасыщены. Основными потребителями растворенного в воде кислорода являются водные организмы. Низкое содержание кислорода в воде отражается на всем комплексе биохимических и экологических процессов в воде.

Водородный показатель pH

В природных водах концентрация ионов водорода зависит, главным образом, от соотношения концентрации угольной кислоты и ее ионов. Источниками ионов водорода являются также кислоты, присутствующие в кислых почвах и гидролиз солей тяжелых металлов. От pH зависит развитие водных растений, характер протекания продукционных процессов.

Азот

Азот может находиться в виде свободных молекул N2 и разнообразных соединений в распространенном коллоидном и взвешенном состоянии. В общем азоте природных вод выделяют органическую и минеральную формы. Основными источниками поступления азота являются внутриводоемные процессы, газообмен с атмосферой, атмосферные осадки и антропогенные источники. Разные формы азота могут переходить одна в другую в процессе круговорота азота. Азот принадлежит к важнейшим биогенным элементам. Высокое содержание азота ускоряет процессы природных обменов водных организмов.

Фосфор

Фосфор в свободном состоянии в природе не встречается. В природных водах фосфор находится в виде органических и неорганических соединений. Основная масса фосфора пребывает во взвешенном состоянии. Соединения фосфора попадают в воду в результате внутриводоемных процессов, выветривания и растворения горных пород, обмена с данными отложениями и других антропогенных источников. На содержание различных форм фосфора влияют процессы его круговорота. В отличие от азота круговорот фосфора несбалансированный, что способствует более низкому содержанию в воде.

Минеральный состав

Минеральный состав определяется содержанием семи главных ионов: K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42-, HCO3-.

Основными источниками минерализации являются грунтовые и сточные воды. Для человека и гидробионтов неблагоприятными являются как высокие, так и непомерно низкие показатели минерализации воды.

Нефтепродукты

К нефтепродуктам принадлежат: топливо, масла, битумы и другие смеси углеводородных классов. Источниками поступления нефтепродуктов являются потери их во время производства, транспортировки и переработки, а также сточные воды. Углеводороды, входящие в состав нефтепродуктов, имеют токсическое и, вполне возможно, наркотическое действие на живые организмы. У высших животных поражаются, в частности, сердечно-сосудистая и нервная системы.

Способы очистки сточных вод

Биологический

После отстаивания в воду добавляют микроорганизмы, которые образуют активный ил с органическими загрязнителями. Ил плохо окисляет ПАВ, нефтепродукты, пестициды. Некоторые вещества, содержащиеся в сточных водах, являются ядом для микроорганизмов активного ила. Использование хлореллы, которая в условиях наличия органических веществ в воде переходит на гетеротрофное питание и очень быстро размножается. Потом хлореллу используют для получения белков и некоторых витаминов.

Химический

Озонирование. Озон активно окисляет органические вещества.

Физико-химический

Использование коагулянтов, способствующих слипанию загрязнителей, которые в виде маленьких частиц быстро осаждаются на дне полей фильтрации.