Следовательно, рост застроек, с одной стороны, препятствует проникновению воды в почву, что пагубно отражается на ее плодородии и изменяет климатические особенности района, а с другой — порождает частые наводнения. Одним словом, вода «утекает» в море быстрее, чем это нужно, чтобы она выполнила свои очистные функции.
Человек, будучи существом разумным, загрязняет свои водные запасы неумышленно. Но и такое неумышленное загрязнение, чем дальше, тем больше и изощреннее угрожает его здоровью и благосостоянию. Можно ли, однако, измерить весь риск, которому подвергается человек при использовании загрязненной воды?
Системы, созданные промышленно развитыми странами для защиты от инфекционных болезней, передаваемых с водой, кажутся вполне удовлетворительными. Хотя продолжающаяся урбанизация все больше концентрирует населенные пункты и промышленные комплексы, переворота в микробиологии, совершенного в XIX в. Пастером, оказалось достаточно, чтобы удовлетворить и сегодняшние повышенные требования к чистоте воды. И если даже где-то и возникают небольшие очаги инфекционных желудочно-кишечных заболеваний, то со всей ответственностью можно утверждать, что эпидемии холеры и тифа более не угрожают развитым странам. Это свидетельствует о том, что люди достаточно эффективно используют для охраны поверхностных вод современную технику. Так, в Англии и ФРГ питьевую воду «вырабатывают» из рек, загрязненных до такой степени, что их можно смело назвать сточными канавами. Именно из такой «сточной канавы» Европы — Рейна черпают питьевую воду в ФРГ!
Другое дело, что порой ничего иного и не остается. Если в ФРГ еще 20 лет назад на душу населения приходилось «лишь» 85 л питьевой воды в день, то сейчас эта цифра возросла до 125 л. При этом во многие большие города воду приходится доставлять по трубопроводам, так как подземных источников уже не хватает. Вена получает воду с гор, находящихся в 150 км от города; Париж — из Луары, Штутгарт — из Боденского озера в 200 км от города. Два 500-километровых трубопровода снабжают водой Сан-Франциско. Все это не только дорого, но и сопряжено с опасностями для здоровья (в длинных трубопроводах могут происходить различные реакции, в результате которых вода становится химически агрессивной), поэтому человек вновь обращается к реке. При этом он уже не надеется на то, что она будет такой же, как во времена Юлия Цезаря, который писал о Сене, что эта река очень чистая и его воины с удовольствием пьют из нее воду.
При очистке поверхностных вод — а во многих случаях и подземных — техника используется главным образом для устранения нерастворимых или коллоидных веществ, а также некоторых растворимых в воде соединений. Создаются специальные системы фильтров. Иногда для устранения растворимых в воде соединений дополнительно прибегают к окислению и абсорбции. Микроорганизмы, как правило, уничтожаются путем хлорирования или озонирования воды.
Всех этих способов очистки воды очень скоро станет недостаточно. Человек загрязняет воду все новыми веществами. Наличие, например, в источниках воды органических веществ требует от специалистов поиска новой технологии очистки. Это относится не только к очистной технике, но и к методике анализа воды. Медленно, но непрерывно повышается содержание в питьевой воде органических и неорганических веществ, что отражается не только на ее вкусовых качествах, но и повышает в ней содержание тяжелых металлов. Наличие в питьевой воде некоторых анионов (например, нитратов) может серьезно повредить здоровью человека, содействовать размножению вредных бактерий. Но давайте разберем качественные аспекты проблемы на примере рек США.
Для измерения степени загрязненности вод в реках во всем мире принят очень характерный показатель — количество растворенного в воде кислорода, необходимого для разложения отходов. Он обозначается буквами БПК, что значит «биологическая потребность в кислороде». Так, в США этот показатель для промышленных отходов втрое больше, чем для городских. Кроме того, приблизительно 40 % сточных вод, обработанных в американских очистных сооружениях для городских стоков, принадлежат промышленным предприятиям. Более четверти миллиона предприятий производят отходы, очистка которых в городских очистных сооружениях вовсе не предполагалась! Если к этим сточным водам прибавить 430 млрд. т подогретой воды, выпускаемой ежегодно в реки и озера США, а также сточные воды от промышленного производства кормов для массового откорма крупного рогатого скота, свиней и птицы, то становится очевидным, что главным загрязнителем водных источников в США, как и в Европе, является промышленность. Бытовые отходы городов выступают здесь лишь в роли «помощников».
А какую роль в загрязнении американских вод играет сельское хозяйство? Токсичность некоторых его продуктов бесспорна. Так, алдрин, один из широко используемых пестицидов, считают виновником гибели в водах реки Миссисипи в 1960–1963 гг. 15 млн. рыб. Отходы животноводческих и птицеводческих ферм вызывают явления, подобные тем, которые приписываются азотным удобрениям. Более того, эти отходы вызывают не только эвтрофикацию, но и процессы, при которых в питьевой воде нитраты превращаются в нитриты. Эти ядовитые вещества соединяются в крови с гемоглобином подобно углекислому газу.
Простого, естественного процесса самоочистки рек уже недостаточно. И творческий ум человека должен идти здесь другим, нетрадиционным путем.
Мы видели, что при первичной очистке воды человек прежде всего использует фильтр. Но фильтры задерживают только мусор и песок, а другие загрязнения требуется устранять иначе. Это делается в отстойных камерах, где частички тяжелее воды оседают на дно, образуя осадок. Но и после этого в воде остается не менее 50 % веществ, которые продолжают забирать у нее кислород; кроме того, при такой очистке в воде все еще остается большое количество осадков. Уничтожение твердых отходов — немалая проблема. Идти по пути сжигания высушенного осадка — значит открыть «зеленую улицу» загрязнению воздуха; идти по пути складирования — значит не только занимать значительные площади, но и загрязнять почву и подземные воды. В последнем случае частички металлов, окисляясь, будут проникать в нижние почвенные горизонты и в подземные бассейны уже как ядовитые вещества. Воистину материя не исчезает!
Но человек не сдается. Недостатки первичной очистки воды заставили его придумать вторичную.
Механические грабли, уловители песка и т. п. дополняют биологическими фильтрами. Принцип их действия основан на том, что задержанные загрязнения постепенно покрываются пленкой из микроорганизмов, которые их разлагают. Подобным образом активизируется и осадок. Он перемешивается с илом, содержащим микроорганизмы, которые потом «поедают» органические вещества отходов в осадке. При такой очистке вода более последовательно избавляется от органических загрязнений, что уменьшает размножение водорослей и вредных бактерий в профильтрованной воде.
Однако и вторичная очистка не решает проблемы осадка. А проблема эта не из легких. Лишь в Чикаго очистные станции дают 100 т осадка в день! А обработка одной тонны стоит 60 долларов. Определенная часть осадка высушивается и отправляется во Флориду, где фермеры, выращивающие цитрусовые, еще платят по 12 долларов за его тонну. Но такое решение, естественно, нельзя считать окончательным. Ведь когда-нибудь и этот рынок насытится. Поэтому уже теперь думают о том, чтобы осадок транспортировать по трубопроводам в те районы, где почва требует особого удобрения.
Вторичная очистка не избавляет воду и от ядовитых веществ — нитратов и фосфатов. Напротив, создается впечатление, будто эти вещества лишь увеличивают после нее свои силы и возможности. Они тут же включаются в работу: стимулируют рост водорослей и микроорганизмов. Результаты удручающие. В США за последние пять лет[4] в строительство вторичных очистных сооружений вложено 13 млрд. долларов. Сегодня биологическими фильтрами и активным илом очищается 90 % всех городских отходов, но рост водорослей и размножение вредных бактерий не остановлены. Более того, содержание кислорода в водоемах США продолжает падать!
Нежелательные результаты и громадные нерациональные расходы заставили людей снова задуматься. Решение нашли в прогрессивной, или третичной, очистке воды.
Мы уже говорили, что недостатком первичной и вторичной очистки воды является то, что в реку выпускается вода, содержащая растворенные и суспензионные вещества, которые потребляют кислород. Соединения азота и фосфора способствуют эвтрофикации. Неблагоприятно воздействие и упомянутых биологически неразлагаемых веществ и неорганических солей.
Третичная очистка призвана задерживать основную часть этих веществ и очищать сточные воды до такой степени, чтобы их можно было снова использовать. Под третичной очисткой сточной воды понимаются лишь те процессы или их совокупность, которые включаются в цикл очистки уже после биологического фильтра.
Поясним это на примере. В штате Калифорния есть озеро Тахо. Оно приобрело печальную известность тем, что оказалось под угрозой катастрофического загрязнения сточными водами из близлежащего промышленного центра. Правительство, наученное горьким опытом с озером Эри, решило спасти воды озера Тахо. На нем была построена образцовая дорогостоящая очистная станция, которая ежедневно обрабатывает 7,5 млн. кубометров воды. После первичной очистки воды следует вторичная с применением активного ила. Но для уничтожения в воде фосфатов и нитратов этого недостаточно. Поэтому биологически очищенную воду пропускают через специальную башню, где она проходит через фильтры, освобождающие ее от фосфора. Процесс очистки заканчивается прогонкой воды через активированный уголь, который очищает ее от последних примесей. Осадок высушивается и сжигается в специальном оборудовании. Сточная вода после третичной очистки приобретает качества питьевой. Но, как вы уже, наверное, догадались, расходы на последнюю очистку весьма велики. Как правило, они на 30 % превышают расходы на вторичную очистку. Однако именно здесь уместно задать вопрос: сколько сможет и сколько пожелает общество платить за чистую воду, которую оно загрязнило, или какое количество этой воды общество захочет очистить?