Проблема пресной воды на планете. Нестандартные методы получения питьевой воды

Содержание

Введение 3
1. Водная среда 4
2. Пресная вода 6
3. Проблемы пресной воды 8
4. Нестандартные методы получения питьевой воды 11
Заключение 14
Список использованной литературы 15

Введение
Сегодня население мира быстро растет, а потребность в пресной
питьевой воде только увеличивается. Согласно статистике, население Земли
на 25 апреля 2018 года достигло примерно 7 миллиардов 289 миллионов
человек, а ежегодный прирост составляет примерно 83 миллиона человек.
Данные свидетельствуют о ежегодном увеличении спроса на пресную воду в
объеме 64 млн куб. Следует отметить, что за период времени, когда
население планеты утроилось, использование пресной воды увеличилось в 17
раз. Более того, по некоторым прогнозам, через 20 лет оно может
увеличиться даже втрое.
В этих условиях было установлено, что уже каждый шестой человек на
планете испытывает нехватку пресной питьевой воды. И ситуация с
развитием урбанизации, ростом населения, увеличением спроса на воду в
промышленности и ускорением глобального изменения климата,
приводящего к опустыниванию и уменьшению доступности воды, будет
только ухудшаться.
Цель данной работы – рассмотреть проблемы пресной воды на планете,
а также нестандартные методы получения питьевой воды.

1. Водная среда
Вода является наиболее распространенным неорганическим
соединением на нашей планете. Вода является основой всех жизненных
процессов, единственным источником кислорода. Вода присутствует во всей
биосфере: не только в водоемах, но и в воздухе, в почве и во всех живых
существах.
Водная среда жизни - самая древняя, в которой жизнь начиналась и
развивалась в течение долгого времени, прежде чем на земле появились
первые организмы. Вода покрывает более 70% поверхности планеты.
По оценкам ученых, 97,5% всех запасов воды на планете Земля
находятся в соленых водах морей и океанов. Другими словами, пресная вода
составляет лишь 2,5% мировых запасов. Если принять во внимание, что 75%
пресной воды «замерзает» в горных ледниках и полярных шапках, еще 24%
находится под землей в виде подземных вод, а еще 0,5% «рассеивается» в
почве в виде влаги, получается что наиболее доступные и дешевые
источники воды - реки, озера и другие поверхностные водоемы составляют
чуть более 0,01% мировых запасов воды. Принимая во внимание то значение,
которое вода имеет для жизни человека и всей жизни на Земле, эти цифры
наглядно подтверждают сакраментальный тезис о том, что вода является
одним из самых ценных сокровищ нашей планеты.
Водная оболочка нашей планеты (совокупность океанов, морей, вод
материков, ледяных шапок) называется гидросферой. В более широком
смысле гидросфера также включает подземные воды, лед и снег Арктики и
Антарктики, а также атмосферную воду и воду, содержащуюся в живых
организмах.
Основная масса воды гидросферы сосредоточена в морях и океанах,
второе место занимают грунтовые воды, третье - лед и снег Арктики и
Антарктики. Общий объем природных вод составляет около млрд. км3
(1/780 от объема планеты). Вода покрывает 71% поверхности мира (361 млн.
км2).
Гидросфера является основным аккумулятором солнечной энергии,
поскольку вода обладает высокой удельной теплоемкостью 4,19 кДж/(кг • К)
и, следовательно, оказывает значительное влияние на климатические и
погодные явления на Земле. Таким образом, климат в Европе намного мягче
и теплее, чем на той же широте в Восточной Азии, из-за огромной энергии,
которую Гольфстрим принёс к берегам западного побережья Европы.
Отклонения температуры воздуха в январе от среднеширотных в Норвегии
достигают более + 15 ° С, в Мурманске - более + 11 ° С.
Запасы воды на планете (% от общего) были распределены следующим
образом:
Океаны - 97,2;
Поверхностная вода:
- свежие озера - 0,009;
- соленые озера и внутренние моря - 0,008;
- русла рек - 0,0001;
Подземные воды - 0,62;
Ледники и ледяные шапки – 2,15;
Атмосфера - 0,001;
Всего – 100.
Вода служит средой обитания для многих организмов. Из воды они
получают все необходимые для жизни вещества: пищу, воду, газы.
Следовательно, независимо от того, насколько разнообразны водные
организмы, все они должны быть адаптированы к основным особенностям
жизни в водной среде. Эти особенности определяются физическими и
химическими свойствами воды.
Вода является неотъемлемой частью всех элементов биосферы, не
только водоемов, но и воздуха, почвы и живых существ. Это самое
распространенное природное соединение на планете. Без воды не может быть
ни животных, ни растений, ни человека. Для выживания любого организма
ежедневно требуется определенное количество воды, поэтому свободный
доступ к воде является жизненно важной необходимостью.

2. Пресная вода

Пресная вода - одно из величайших сокровищ на планете, это залог
жизни. Если запасы воды истощатся, все живое на земле закончится.
Пресной водой можно назвать только ту воду, содержание соли в
которой не превышает 0,1%.
Распределение ресурсов пресной воды на поверхности Земли
неравномерно. Такой континент, как Евразия, где проживает большинство
людей - 70% от общего числа, не имеет полных 40% таких резервов.
Наибольшее количество пресной воды сосредоточено в реках и озерах.
Состав пресной воды варьируется и зависит от окружающей среды,
месторождений полезных ископаемых, почв, солей и минералов, от
деятельности человека. Свежие газы содержат различные газы: азот, углерод,
кислород, углекислый газ, кроме того, органические вещества, частицы
микроорганизмов. Важную роль играют катионы: гидрокарбонат HCO3-,
хлорид Cl- и сульфат SO42- и анионы: кальций Ca2 +, магний Mg2 +, натрий
Na + и калий K + (рис. 1).

Рисунок 1 – Состав пресной воды
При характеристике пресной воды учитываются следующие качества:
- прозрачность;
- жесткость;
- органолептика;
- кислотность рН.
Кислотность воды зависит от содержания в ней ионов водорода.
Твердость, с другой стороны, характеризуется удержанием ионов магния и
кальция и может быть: общей, исключенной или не устраненной,
карбонатной или некарбонатной.
Органолептика - это чистота воды, ее мутность, цвет и запах. Запах
зависит от содержания различных добавок: хлора, масла, почвы, он
характеризуется по пятибалльной шкале:
0 - полное отсутствие аромата;
1 - запахи практически не ощущаются;
2 - запах заметен только при специальной дегустации;
3 - аромат слабо заметен;
4 - пахнет довольно заметно;
5 - запах настолько заметен, что делает воду непригодной для
употребления.
Вкус пресной воды может быть солоноватым, сладковатым, горьким
или кислым, вкусы вообще не чувствуются, быть слабыми, легкими,
сильными и очень сильными. Мутность определяется сравнением со
стандартом по четырнадцатибалльной шкале.
Около 525 525 тыс. куб. м. испаряется с поверхности земли воды и
большей части водяного пара, а именно 86%, мы даем океанам и морям. На
суше испарение жидкости достигает до 1250 мм в год. Но стоит отметить,
что половина образуется в результате выделения излишков влаги
растениями, так называемой транспирации. Эта естественная дистилляция
использует 20% солнечной энергии. Водяной пар в виде осадков падает на
землю и пополняет океаны, моря, ледники, поверхностные и подземные
воды.
Как ни странно, пресная вода составляет всего 2% гидросферы. Они
способны постоянно обновляться, что является очень хорошим показателем.
Скорость обновления пресной воды определяет доступность ресурсов для
человека. 85% таких вод сосредоточены, конечно, в ледниках. Скорость
водообмена в них достигает до 8000 лет, что меньше, чем в самом океане.
Что касается поверхностных вод, они могут обновляться быстрее
каждые 500, чем океан. Но возобновление речной воды происходит всего за
10, максимум за 12 дней. Воды рек имеют огромное практическое значение
для человека.
Одним из важнейших источников пресной воды для человека является
река.

3. Проблемы пресной воды

Очень важно по-настоящему представить общую картину наличия
пресной воды в мире. Количественное соотношение соленой воды к пресной
воде по ее объемам наиболее четко показывает сложность ситуации.
Согласно статистике, на мировой океан приходится 96,5% массы воды, а
объем пресной воды значительно меньше - 3,5% от общих запасов воды.
Ранее отмечалось, что распределение пресной питьевой воды по континентам
и странам мира крайне неравномерно.
Согласно статистике, почти пятая часть населения мира живет в
районах, где существует острая нехватка питьевой воды. Кроме того,
четверть населения проживает в развивающихся странах, которые
испытывают недостаток из-за отсутствия инфраструктуры, необходимой для
получения воды из водоносных горизонтов и рек. По тем же причинам
существует нехватка воды даже в тех районах, где выпадает много осадков и
имеются большие запасы пресной воды.
Дефициту пресной воды способствуют как природные, так и
антропогенные факторы. Природными является глобальное изменение
климата, которое приводит к опустыниванию и снижению доступности воды.
Основным антропогенным фактором является увеличение населения Земли .
Но это не вся проблема, а проблема в том, что люди становятся богаче и их
потребности растут, и, соответственно, спрос на воду увеличивается,
поскольку с ростом промышленного производства увеличивается
воздействие на все природные ресурсы, включая воду.
Одной из основных проблем является проблема загрязнения пресной
воды, значительно сокращающая существующие запасы. Этому
способствуют загрязнение промышленных выбросов и стоков, вымывание
удобрений с полей, а также проникновение соленой воды в прибрежных
зонах в водоносные горизонты в результате эвакуации подземных вод.
Говоря о последствиях нехватки пресной воды, стоит отметить, что они
самые разные: от ухудшения условий жизни и развития болезней до
обезвоживания и смерти.
По прогнозам, запасы пресной воды далеко не бесконечны, и они
подходят к концу. Согласно исследованиям, к 2025 году более половины
штатов планеты либо почувствуют серьезную нехватку воды, либо
почувствуют ее нехватку, а к середине XXI века три четверти населения мира
не будут иметь достаточно свежей воды. воды. По оценкам, около 2030 года
47% населения мира будет находиться под угрозой дефицита воды. В то же
время к 2050 году население развивающихся стран, в которых воды уже
мало, значительно увеличится (рис. 2).

Рисунок 2 – Прогноз экспертов

Скорее всего, Африка, Южная Азия, Ближний Восток и Северный
Китай будут первыми, кто останется без воды. По прогнозам, только в
Африке к 2020 году из-за изменения климата в этой ситуации будет от 75 до
250 миллионов человек, а острая нехватка воды в пустынных и
полупустынных регионах вызовет быструю миграцию населения. Ожидается,
что это затронет от 24 до 700 миллионов человек.
Есть много научных версий об истощении пресной воды:
1. орошение сельхозугодий;
2. использование воды на различных предприятиях (черная и цветная
металлургия, целлюлозно-бумажный комбинат, атомная электростанция,
теплоэлектростанция и т. д.);
3. бытовое потребление воды.

4. Нестандартные методы получения питьевой воды
Питьевая вода - это вода, которая по своему естественному состоянию
или после очистки (дезинфекции) соответствует установленным
нормативным требованиям и предназначена для питьевых и бытовых нужд
человека. Основные требования к качеству питьевой воды: быть
безопасными в эпидемиологическом и радиационном отношении,
безвредными по химическому составу, обладать благоприятными
органолептическими свойствами.
Различные технологии используются для получения пресной воды, от
конденсации воды из выпускаемого воздуха и опреснения соленой морской
воды до ультрафиолетовой воды, которая может использоваться в домашних
условиях.
Башня по сбору питьевой воды Warka Water. Разработчикам
потребовалось несколько лет, чтобы создать башню Warka Water (рис. 3).

Рисунок 3 - Башня по сбору питьевой воды Warka Water
Конструкция представляет собой огромный цилиндр из плетеных
бамбуковых стержней, внутри которого растягивается сетка. Башня
окаймлена навесом, что позволяет местным жителям отдыхать в тени, а
конденсат заливается в резервуар из-под основания башни.
Крошечный УФ очиститель воды. Не все люди, страдающие от
нехватки чистой воды, живут в засушливых регионах. Иногда «вокруг есть
вода, но не для того, чтобы выпить каплю или глоток» из-за загрязнения
окружающей среды или других экологических проблем. Существующие
системы очистки обычно дороги и неэффективны. Исследователи из
Стэнфордского университета и Национальной лаборатории SLAC недавно
разработали ультрафиолетовый очиститель воды, помещенный в крошечный
прямоугольный корпус, который сокращает процесс очистки воды с 48 часов
до 20 минут. Несмотря на то, что до массового производства устройства еще
очень далеко, лабораторные испытания прототипа дают надежду, что
создание этого чипа может стать первым шагом на пути к новому поколению
методов очистки, которые помогают превратить грязную воду в питьевую
воду (рис. 4).

Рисунок 4 - Крошечный УФ очиститель воды
Волновая электростанция Carnegie Perth Wave Energy. Проект Carnegie
Perth Wave Energy решил убить двух зайцев одним выстрелом, объединив
метод получения электричества от подводных течений и метод обратного
осмоса для опреснения морской воды (рис. 5).

Рисунок 5 - Волновая электростанция Carnegie Perth Wave Energy
Установка с плавающими буями работает у побережья Перта в
Западной Австралии, где особенно важны экологически чистые методы
производства электроэнергии. На морском дне установлены три погружных
буя мощностью 240 киловатт с помощью тяжелых гидравлических насосов,
проталкивающих воду через мощные турбины, в то время как вся система
качается в глубине океана. Встроенная система опреснения воды использует
часть произведенного электричества для производства чистой питьевой воды,
а остальная часть электричества подается обратно на берег непосредственно
в сеть. Этот небольшой проект местного масштаба является частью более
крупного плана по использованию этой технологии опреснения в качестве
неисчерпаемого и безопасного источника чистой питьевой воды для местных
жителей.

Заключение

Таким образом, сегодня проблема качества питьевой воды волнует
многих людей во всем мире. Из-за отсутствия чистой питьевой воды и
регулярного использования некачественной воды в мире более пятисот
миллионов человек страдают от различных заболеваний. Для мегаполисов
проблема чистоты и качества питьевой воды особенно актуальна.
Несмотря на большие запасы пресной воды, они могут быть быстро
истощены из-за нерационального использования воды и загрязнения. Во
многих странах и без того ограниченные запасы пресной воды загрязнены.
В настоящее время правительство принимает меры для защиты водных
ресурсов, но пока человечество не осознает серьезности этой проблемы,
истощение и загрязнение пресной воды будут продолжаться, оставаясь
серьезной глобальной проблемой.

Список использованной литературы

1. Адаева А.Х. Дефицит пресной воды, как одна из глобальных
проблем человечества // Научное сообщество студентов XXI столетия.
ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. XXXII междунар. студ. науч.-
практ. конф. № 6(31). URL: http://sibac.info/archive/nature/6(31).pdf (дата
обращения: 28.06.2019)
2. Городинская, В.С. Природа. Человек. Закон / В.С. Городинская, В.Ф.
Иванов. - М.: Юридическая литература, 2016. - 384 c.
3. Курок, М.Л. Об охране окружающей среды / ред. А.М. Галеева, М.Л.
Курок. - М.: Политиздат; Издание 2-е, доп., 2017. - 384 c.
4. Маврищев, В.В. Основы экологии / В.В. Маврищев. - М.: Минск:
Вышэйшая школа, 2014. - 447 c.
5. Интернет-источник: [Электронный ресурс] — Режим доступа. —
URL: http://spkurdyumov.narod.ru/voda.pdf