Родники и атмосферные осадки как источник питьевой воды

В условиях растущего дефицита водных ресурсов все большую ценность приобретают альтернативные источники пресной воды, пригодной для использования в хозяйственно-питьевых целях. Таковыми являются родники и атмосферные осадки. А в реалиях нашей жизни,  где техногенные катастрофы и террористические акты случаются с удручающей частотой, они могут стать единственным источником безопасной пресной воды.

Запасы пресной воды

На сегодняшний день запасы воды в мире находятся на уровне 1,4 млрд км³, из которых только 3 % приходится на пресную воду — 35 млн км³. Из этого объема 24 млн км³ практически недоступны для использования, потому как существуют в форме ледников и ледяного покрова. По оценкам специалистов, лишь 0,77 % мировых запасов воды приходится на подземные, поверхностные (озера, реки, болота и т. д.) воды, содержится в растениях и атмосфере. Как и ископаемые виды топлива, эти водные ресурсы планеты накапливаются медленно и не являются возобновляемыми. В качестве возобновляемых ресурсов пресной воды можно рассматривать только атмосферные осадки, объем которых оценивается в пределах 110 300 км³/г. Из них 69 600 км³/г. возвращаются в атмосферу в результате испарения и транспирации. Суммарный глобальный сток воды достигает 40 700 км³/г. С учетом географического положения и периодически возникающих природных катаклизмов доступный объем стока сокращается до 12 500 км³/г.

Запасы пресной воды на нашей планете распределены весьма неравномерно. Причем их объемы подвергаются заметным сезонным колебаниям. Возобновляемая часть запасов пресной воды, представленная в основном поверхностными водами, также распределена неравномерно. По оценкам специалистов, при объеме ресурсов пресной воды на душу населения на уровне 1700 м³/г. в стране возникает периодический или региональный дефицит воды. В странах, где этот показатель не превышает 1000 м³/г., дефицит воды становится препятствием для экономического развития и вызывает деградацию природной среды. В «благополучных» странах объем ресурсов пресной воды на душу населения имеет следующие значения: 87 255 м³/г. — Канада, 42 866 м³/г. — Бразилия, 31 833 м³/г. — Россия. В «неблагополучных» странах показатели следующие: 58 м³/г. — ОАЭ, 59 м³/г. — Саудовская Аравия, 330 м³/г. — Израиль, 723 м³/г. — Египет, 1293 м³/г. — Иран, 1411 м³/г. — Индия, 1912 м³/г. — КНР.

Итак, количество доступной пресной воды на планете ограничено, а во многих странах ее объем угрожающе мал. При этом вода из поверхностных источников характеризуется разной степенью загрязненности, обусловленной сбросом неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод, а также воздействием различных антропогенных факторов. Употребление такой воды без должной очистки для хозяйственно-питьевых нужд связано с определенным рисками и во многих случаях недопустимо. Вода из подземных источников является более чистой. До сих пор артезианская, колодезная и родниковая вода используется без какой-либо обработки. Однако загрязненность и этих ресурсов постоянно возрастает. Кроме того, повсеместно отмечается чрезмерный водозабор, приводящий к истощению запасов подземных вод.

В условиях растущего дефицита пресной воды не удивляет желание общества вовлечь в переработку поистине неисчерпаемые запасы соленой и солоноватой воды, а также большие объемы сточных вод. Технология опреснения морской воды уже получила значительное распространение. Уровень современных технических разработок позволил ввести в эксплуатацию многочисленные опреснительные установки, производительность некоторых из них огромна. В целом ряде стран Ближнего Востока опресненная вода составляет существенную часть общего объема водопотребления. Но, безусловно, и здесь есть минусы.

Производство опресненной воды — процесс довольно энергоемкий и, кроме того, порождает проблемы антропогенного воздействия на окружающую среду. Также в процессе опреснения из соленой воды удаляется не только избыточное содержание соли, но и многие полезные микроэлементы. Поэтому перед использованием для хозяйственно-питьевых нужд состав опресненной воды приходится корректировать. При этом данные, основанные на результатах долговременных исследований потенциальных рисков, связанных с потреблением такой, по сути, «сконструированной» воды, отсутствуют.

Аналогичная ситуация характерна и для очищенных сточных вод. Существуют технологии, позволяющие получать из этого источника воду любой требуемой чистоты. Однако приходится считаться с затратами и вторичным загрязнением окружающей среды при очистке сточных вод. Очевидно также, что в результате мы получаем не природную воду, а продукт промышленного производства.

Таким образом, в настоящее время для питьевых целей может быть использована поверхностная вода (речная и озерная), подземная вода (артезианская, колодезная и родниковая), опресненная вода (в основном из морской воды) и регенерированная из сточных вод. При этом без предварительной подготовки с определенными предосторожностями можно пить, пожалуй, только воду из подземных источников.

Таблица 1. Потребление питьевой воды в мире [1]

Дождевая вода

Еще несколько десятков лет назад сбор дождевой воды для различных целей был весьма распространен. Однако в последние десятилетия использование дождевой воды заметно снизилось. Исключение составляют засушливые регионы.

Дожди позволяет пополнять запасы воды непосредственно в домовладении и использовать ее для питьевых и других целей. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) характеризует атмосферные осадки как источник улучшенной питьевой воды, которой в настоящее время пользуются миллионы людей. При этом их число, по данным ВОЗ и Детского фонда ООН (ЮНИСЕФ), удвоилось с 1990 г. Кроме того, дождевая вода широко используется для полива на приусадебных участках и рассматривается в качестве важного фактора обеспечения пищевой безопасности различных групп населения.

Однако с использованием дождевой воды для питьевых нужд связаны определенные риски, которым в наибольшей мере подвержены пожилые люди, дети и люди с ослабленной иммунной системой. Химическое загрязнение и бактериальное заражение дождевой воды в той или иной мере отмечается практически во всех случаях. Как правило, это обусловлено движением капель дождя через загрязненный воздух, а также состоянием поверхности сбора и емкостей для хранения. Качество дождевой воды зависит от следующих факторов:

• геометрические параметры крыши здания (форма, размеры, наклон);
• состояние кровельных материалов (химический состав, шероховатость, защитное покрытие, возраст);
• расположение здания (близость промышленных предприятий);
• метеорологические факторы;
• уровень загрязненности атмосферного воздуха в регионе.

Содержание в дождевой воде неорганических катионов и анионов в основном связано с загрязнением воздуха автомобильными выхлопами и выбросами промышленных предприятий и носит в большей степени локальный характер. В таблице 2 представлена информация о химическом составе дождевой воды, отобранной в таких странах, как Австралия, Южная Корея, КНР, Таиланд, Мексика, ЮАР, Греция, Турция.

                                                                              Таблица 2. Химический состав дождевой воды

Кстати

Анализ проб дождевой воды, взятых в Стамбуле (Турция), позволил сделать вывод о происхождении обнаруженных в ней тяжелых металлов (Cr, Co, Ni, V, Pb) на предприятиях Западной Европы и России.

Уровень загрязненности дождевой воды зависит от интенсивности осадков и интервалов между их выпадением. Ряд исследователей отмечают повышенное содержание тяжелых металлов в дождевой воде после окончания продолжительных засушливых периодов. Органические загрязняющие вещества переносятся воздушными потоками на гораздо большие расстояния. Однако данных о сколько-нибудь значительных концентрациях, например, гербицидов и пестицидов в дождевой воде не имеется. В концентрациях ниже предельно допустимых отмечается наличие таких гербицидов, как 4-хлорфеноксиуксусная кислота, атразин, симазин и диурон.

Крыши зданий, водосточные трубы и сборные емкости также могут быть источником загрязнения дождевой воды. Если кровля покрыта защитными свинецсодержащими или акриловыми красками, дождевую воду для питья использовать не рекомендуется. Стекающая с оцинкованного кровельного покрытия дождевая вода может содержать от 0,14 до 3,16 мг/л цинка. В воде, стекающей с асбоцементных покрытий, его содержание находится в пределах 0,001–0,025 мг/л. Есть и другого рода данные, свидетельствующие о меньшем загрязнении дождевой воды, стекающей с оцинкованного листового покрытия, чем в случае использования пористых керамических плиток или деревянных покрытий. Стекающую с крыш воду собирают в наземные или заглубленные емкости, которые, как правило, изготавливают из кирпича, пластика, дерева, металла или бетона. Из-за выщелачивания карбоната кальция более высокое значение рН наблюдается в дождевой воде, собираемой в бетонные емкости (до 7,6). В стальных емкостях уровень рН колеблется в пределах 5,9–7,2.

Источником бактериального заражения дождевой воды служат находящиеся на кровле экскременты белок, кошек, крыс, птиц и других животных. Вместе с различными органическими веществами и содержащимися в них патогенными микроорганизмами они смываются дождями в сборные емкости. В большинстве случаев дождевая вода, не прошедшая этап подготовки, непригодна для питья. В ходе одного из исследований в дождевой воде и экскрементах птиц и кошек, отобранных с поверхности крыш, были выделены аналогичные биохимические и фенотипные профили штаммов Escherichia coli. По результатам анализа проб, взятых в Новой Зеландии, Нигерии, США, Австралии, Дании, в дождевой воде выявлены следующие патогенные бактерии: Aeromonas spp., Salmonella spp., Cryptosporidium spp., Cryptosporidium parvum, Pseudomonas spp., Shigella spp., Vibrio spp., Giardia spp., Legionella spp., Campylobacter spp., Mycobacterium spp.

Известен ряд эпизодов, связанных с заболеваниями, вызванными употреблением для питья дождевой воды. Чаще всего в научной литературе встречается описание случаев гастроэнтерита. Сообщается и о нескольких случаях заболевания кампилобактериозом, в качестве основной причины которого рассматривают находящиеся на крышах птичьи гнезда. Известно о тяжелом случае заболевания туристов на Виргинских островах (США) так называемой болезнью легионеров. По симптомам она похожа на пневмонию. Именно это заболевание послужило причиной гибели в очень короткий срок 29 делегатов съезда Американского легиона в штате Пенсильвания в 1976 г. Позже было зарегистрировано еще несколько случаев, носивших характер эпидемии. Спустя некоторое время были определены бактерии, вызывающие эту форму пневмонии, — Legionella pneumophila. Идеальной средой для их существования и размножения считались системы кондиционирования воздуха и вентиляции. На Виргинских островах туристы останавливались в отеле, где для питья использовали воду из системы сбора дождевой воды. В ходе эпидемиологического расследования бактерии Legionella premophilia были выделены в организмах пациентов, в сборных емкостях дождевой воды, в кранах горячей и холодной воды. После этого случая воду в системе питьевого водоснабжения стали хлорировать. Зарегистрированы и случаи заболевания людей, пивших дождевую воду, сальмонеллезом. При этом, как отмечают некоторые исследователи, истинные масштабы рисков, связанных с потреблением дождевой воды, едва ли на сегодняшний день можно представить, поскольку далеко не все, пившие дождевую воду и пострадавшие от кишечных инфекций, обращались за врачебной помощью. Кроме этого, при проведении эпидемиологических расследований дождевая вода зачастую не принимается во внимание как потенциальный источник инфекций.

Очистка и обеззараживание дождевой воды

Ведущие международные и национальные общественные организации предостерегают от непродуманного использования дождевой воды. Так, ВОЗ категорически не рекомендует употреблять для питья необработанную дождевую воду, а, по данным Американской ассоциации водоснабжения и водоотведения, в ряде случаев вспышки передающихся через воду инфекционных заболеваний объясняются использованием дождевой водой в хозяйственно-питьевых целях.

Тем не менее исходная дождевая вода по многим показателям выгодно отличается от воды, добываемой из поверхностных источников. Необходимо лишь учитывать, что не осталось уже природных ресурсов, пригодных для употребления без предварительной обработки. Поскольку объемы использования дождевой воды сравнительно невелики, разного рода исследования, которым она подвергается, носят эпизодический характер, а законодательная база, регламентирующая ее потребление, отсутствует. Систематическое использование дождевой воды для хозяйственно-питьевых нужд характерно лишь для регионов с явным дефицитом водоснабжения. Правда, дефицит качественной питьевой воды постепенно становится повсеместным. Кроме того, в современных реалиях, когда техногенные катастрофы и террористические акты происходят с удручающей частотой, высока вероятность возникновения ситуаций, когда атмосферные осадки могут оказаться единственным доступным и сравнительно безопасным источником пресной воды.

Очевидно, что данным источником водоснабжения пренебрегать ни в коем случае нельзя: дождевая вода доступна практически всем и почти везде. В такой ситуации способы ее эффективной и экономичной обработки приобретают первостепенную значимость. Условно их можно разделить на две группы:

1) обработка в сборной емкости;

2) отведение из сборной емкости для обработки по специальной схеме.

Простейшим приемом является кипячение. Из числа более сложных и, разумеется, затратных способов распространение получили хлорирование, медленная песчаная фильтрация и обеззараживание солнечным светом.

Для получения очищенной дождевой воды первым делом нужно оборудовать сборную емкость решеткой для отделения мусора и фильтром тонкой очистки, защищающими от механических загрязнений. Кроме того, необходимо принять меры, чтобы предотвратить попадание в сборную емкость первой после начала дождя партии воды, поскольку именно с ней с крыши смываются накопившиеся загрязнения. Установка автоматических отводящих перегородок для удаления первых 1–2 мм осадков не представляет большой технической проблемы. Таким путем можно значительно снизить уровень загрязненности собранной дождевой воды. При удалении первых 5 мм осадков вода будет соответствовать гигиеническим нормативам по мутности и содержанию свинца. Можно обратиться и к совсем простому приему, не требующему технических решений: собирать дождевую воду через 5–10 минут после начала дождя.

Использование дождевой воды в системе горячего водоснабжения получило распространение в Австралии. Считается, что температура выше 60 °С достаточна для термической инактивации бактерий. В бытовых условиях в результате кипячения можно получить безопасную в отношении бактериального заражения дождевую воду. Однако, если мы говорим о больших объемах воды, этот способ является затратным.

Хлорирование позволяет инактивировать большинство патогенных микроорганизмов, за исключением ооцист, Cryptosporidium parvum и микобактерий. Хлорировать дождевую воду следует в специальной емкости, поскольку хлор может взаимодействовать с ее конструкционными материалами. Рекомендуемый расход хлора — 0,4–0,5 мг/л при продолжительности обработки не менее 15 минут. В Греции применяется практика хлорирования в автоцистернах, в которых дождевая вода доставляется потребителю. При длительном хранении хлорированной воды необходимо учитывать возможность повторного загрязнения.

Для медленной песчаной фильтрации используются фильтры, реактор которого состоит из двух частей. В нижней части находятся крупные фракций песка, в верхней — более тонкие. На песчинках в верхней части образуется биопленка, наряду с физической фильтрацией обеспечивающая биологическую обработку воды. Поэтому такие фильтры называют песчаными биофильтрами. Фильтр работает в непрерывном режиме, в нем инактивируется от 81 до 100 % бактерий и практически 100 % простейших. Однако при использовании такого метода не уничтожаются вирусы. Иногда в фильтрах используют песок, частицы которого покрыты оксидами марганца и железа. В этом случае достигается удаление 96 % цинка и инактивация 99 % бактерий.

Перспективной с точки зрения оптимального сочетания затрат и качества считается технология солнечного обеззараживания дождевой воды. Суть этого метода довольно проста: наполненные дождевой водой бутылки из полиэтилентерефталата емкостью до 2 литров или стеклянные бутылки раскладывают на освещаемой солнцем горизонтальной поверхности. Для эффективного обеззараживания интенсивность солнечного излучения на протяжении не менее 6 часов должна составлять более 500 Вт/м2. В таких условиях происходит инактивация всех колиформных бактерий при сохранении гетеротрофных. Простота и низкий уровень затрат делают метод солнечного обеззараживания идеальным для регионов с соответствующими погодными условиями. В усовершенствованном варианте данного способа обработки дождевой воды используется прямоугольный солнечный коллектор с отражающими боковыми поверхностями — значительно повышается эффективность обеззараживания даже при умеренном солнечном излучении. Еще большего эффекта можно достичь, понизив рН воды до 5. В бытовых условиях для этих целей подойдет лимонный сок или уксус. Методом солнечного обеззараживания сегодня пользуются свыше 5 млн человек в более чем 50 странах Азии, Африки и Латинской Америки.

Существуют и более сложные схемы обеззараживания, предусматривающие инактивацию ионами серебра, озонирование, ультрафиолетовое облучение, фильтрацию через гранулированный активированный уголь и мембранную фильтрацию. Они предназначены для получения воды высокого качества в больших объемах.

Родниковая вода

Родники представляют собой выходы грунтовых и подземных вод на земную поверхность под влиянием естественных условий. Они зачастую служат источниками поверхностных водоемов, играют важную роль в поддержании водного баланса и сохранении стабильности биоценоза. Водоносные пласты, питающие родники, могут находиться на глубине нескольких десятков метров, что при благоприятных условиях должно исключать их загрязнение. Вода из родников может быть пресной или минерализованной. Во втором случае речь идет об источнике минеральных вод. Проходя через слои песка и гравия, родниковая вода подвергается естественной очистке перед тем, как попасть на поверхность земли, поэтому сохраняет природные качества, структуру и свойства.

Однако в условиях современных реалий и родники могут подвергнуться значительному загрязнению, обусловленному выбросами промышленных предприятий, просачиванием фильтрата полигонов для хранения твердых бытовых отходов и другими антропогенными факторами. Токсические вещества, находящиеся в загрязненной почве в зоне выхода родника, вымываются атмосферными осадками, а затем попадают в родниковую воду. Поэтому ее химические и бактериологические показатели непостоянны. В течение года нередко оказываются превышенными ПДК нитратов (порой в 20 раз), уровень перманганатной окисляемости, нормативы мутности, жесткости, бактериального заражения. Особенно ухудшается качество родниковой воды весной в паводковый период. В это время в ней могут содержаться пестициды, фосфаты, нефтепродукты, тяжелые металлы, диоксины. Множество родников питаются верхними слоями воды, куда легко просачиваются загрязняющие вещества.

Именно по этой причине без соответствующего заключения санитарно-эпидемиологической службы не рекомендуется употреблять родниковую воду из любых источников, прежде всего из источников, расположенных в зонах ведения сельскохозяйственных работ, вблизи крупных населенных пунктов, промышленных предприятий и автомагистралей. Также следует обращать внимание на санитарное состояние территории вокруг родника. На ней не должно быть бытового мусора и самовольно организованных канализационных стоков. Во многих родниках можно ожидать присутствие кишечной палочки, болезнетворных микробов, вызывающих дизентерию, сальмонеллез, брюшной тиф и даже холеру. За небольшим исключением, вода из родников, расположенных в городской черте, для питья непригодна.

Выводы

Объемы потребления дождевой воды для хозяйственно-питьевых нужд совершенно несопоставимы с объемами потребления воды из поверхностных или подземных источников. На сегодняшний день только в некоторых развитых (например, Австралия) и развивающихся (страны Африки) государствах с острым дефицитом водных ресурсов существует практика сбора дождевой воды и доведения ее до надлежащего состояния. В условиях обилия водных ресурсов, которые мы можем наблюдать в большинстве регионов России, трудно предположить, что на смену стоящей на углу дома и не использующейся по назначению бочке для сбора дождевой воды придут более совершенные устройства. Вместе с тем современные реалии таковы, что нельзя исключать возможность возникновения обстоятельств — техногенные катастрофы, террористические акты, когда роль дождевой воды возрастет до чрезвычайной. Если система централизованного водоснабжения выйдет из строя, будут приниматься меры по ее восстановлению и обеспечению населения бутилированной водой.

В более тяжелых случаях должно быть организовано снабжение пострадавших средствами для самостоятельного фильтрования и обеззараживания воды, взятой из доступных источников. В ряде стран проводятся учения, во время которых населению разъясняется порядок действий в ситуациях, когда система водоснабжения не функционирует по причине чрезвычайного происшествия. Однако если сложившиеся обстоятельства не позволяют применить отработанные схемы, для получения безопасной воды придется обратиться к подручным средствам. В ситуации, когда в шаговой доступности отсутствует вода из поверхностных источников, колодцев и родников, наступает час дождевой воды. Именно поэтому важно знать, что из себя представляет дождевая вода и как, используя несложные приемы, можно сделать ее пригодной для питья.

Обратите внимание!

Не используемые в течение долгого времени емкости с дождевой водой, размещенные на приусадебных участках, являются прекрасной средой для выведения комаров и размножения болезнетворных микроорганизмов.

Родниковая вода может быть очень чистой и даже целебной. А может содержать химические загрязняющие вещества и болезнетворные микроорганизмы. При этом не стоит слишком доверять расположению родника на отдаленной от населенных пунктов территории с вроде бы нетронутой антропогенным воздействием природной средой. Мы живем на планете, где вода, минуя границы стран, перетекает по сообщающимся сосудам, испаряется, переносится атмосферными потоками на любые расстояния и выпадает в виде осадков. Везде. Значит, и загрязняющие вещества вместе с водой и атмосферными потоками стремятся к равномерному распределению по планете. Поэтому перед использованием родниковой воды необходимо удостовериться в ее безопасности, а для этого привлечь специалистов из соответствующих организаций. Причем контроль качества следует периодически повторять.