EESA10H3 LECTURE 3 CHAPTER 3.docx

9 Pages
149 Views
Unlock Document

Department
Environmental Science
Course
EESA10H3
Professor
Stefanovic- Universityof Toronto( U T S C)
Semester
Winter

Description
EESA10H3 WEEK 3: 20.01.14 WATER QUALITY AND WATER RESOURCES ­ The sustainability of human society depends on the availability of plentiful and  potable water ­ In the 21  century, our water supply faces a combination of old threats from  human and industrial wastes and new threats from demand overload and climate  change Introduction ­ Globally, most of the world still endures the scourge of waterborne diseases that  were familiar to cities of the Western world during the 19  century ­ Diarrheal deaths, most of which are due to infectious waterborne agents, kill  about 2 million children annually ­ Oral rehydration therapy has substantially reduced mortality rates, efforts to  provide improved water and sanitary infrastructure in developing nations have  been less successful ­ Between 1990­2000, 800 million people received access to fresh water but yet  20% of the world’s population remained without  Sources of Water ­ Drinking water obtained are primarily from surface water i.e. streams, rivers,  lakes, or from groundwater through artesian or other types of wells; other means  include collecting rainwater and desalinating seawater  ­ Relative availability, treatment requirements, and most likely contaminants vary  depending on the water source ­ Surface water generally is more prone to contamination by microbial pathogens  and chemicals  ­ Groundwater is usually less contaminated because the soil that it’s underneath  serves as a filter but because groundwater generally collects slowly, once  contaminated, it’ll last for a long time Uses of Water ­ Human consumption is actually one of the smallest uses ­ Worldwide, ~70% of the total withdrawal of water is used for irrigating  agricultural land; proportion of which varies widely by region i.e. 88% in Africa  to 31% in Europe ­ Industrial uses are substantial in the developing world; 55% is used in Europe and  45% in the United States  o Most of this water is used for cooling or flushing equipment thus returning  to streams and other bodies of water either warmed or contaminated  1 ­ Within the home, tap water is used more in flushing toilets, washing clothes,  showering than for cooking or drinking Annual  Withdrawals Sectoral Withdrawals (%) 3     Continent Year of  Total (km ) Per  Domestic Industrial Agricultural data capita  (m ) World 1967 3240.00 645 8 23 69 Africa 1995 145.14 202 7 5 88 Europe 1995 455.29 625 14 55 31 North  1991 512.43 1798 13 47 39 America South  1995 106.21 335 18 23 59 America Asia 1987 1633.85 542 6 9 85 Oceania 1995 16.73 591 64 2 34 Sources of Contamination ­ Contaminants can enter drinking water by a variety of mechanisms o Chemicals i.e. pesticides and fertilizers enter drinking­water sources after  being applied to land and washing into surface or ground water  Animal wastes from farms and wilderness areas enter in the same  way o Industrial waste chemicals, municipal wastes containing human fecal  matter, and any other chemicals that have entered the system may directly  be discharged in surface waters o Chemicals can enter water from moving through soil  I.e. cadmium and other heavy metals can leach out of dumps and  landfills; gasoline products can leak from storage tanks; toxicants  like arsenic or radon that occur naturally in earth’s crust can  contaminate ground water that are in contact with these substances o Methods of treating and distributing drinking water lead to some  chemicals (i.e. disinfection by­products and lead) being present within our  drinking­water supplies Point sources are contaminants that discharge into receiving waters from a pipe or other  identifiable device. o Includes industrial wastes and sewage treatment plants  Non­point sources are sources of contaminants that cannot be defined by discrete pipes  or other devices.  o Includes agricultural runoff, the runoff of oils and other chemicals from  streets and highways, the multitude leaking septic systems, and gasoline  storage tanks, and airborne emissions of mercury and other substances ­ In the past 30 years, environmental legislation acts (i.e. Clean Water Act) has  made a huge impact in reducing point­source contamination  2 ­ Despite successes of regulating point sources, there’s still a risk for drinking water  to be contaminated by non­point sources Water Treatment Process ­ The developed world reduced the burden of waterborne disease outbreaks by  implementing a process to treat drinking water in the late 19  century – early 20   th century o Water is pumped from its source, surface waters may contain sediment and  microbial pathogens that may be held in settling tanks or pretreated with  chlorine o Add a chemical coagulant, usually containing alum, to make small  particles (i.e. pieces of decaying organic matter) stick together in the water o With flocculation, the collecting particles are stirred to make them adhere  and become larger and heavier  o Particles will most likely sink to the bottom causing sedimentation o Particles will be removed but doesn’t remove chemicals to a significant  degree; water with chemical contamination may then need to undergo  additional treatment such as activated charcoal or special ion exchange  resins o Prior to distribution to homes and businesses, the water is disinfected,  usually with some forms of chlorine ­ Treatment techniques in the developing world often also rely on point­of­use  methods performed in individual homes ­ Boiling water is a traditional method but because it uses a lot of energy, its  usefulness is usually limited o Involves risks of scalding and lung injury when indoor cooking fuels are  used ­ Iodine tablets have also been used ­ Newer techniques include using dark plastic bottles that collect solar energy to  disinfect water and the combination of chemical disinfectants and special narrow­ necked storage bottles that prevent recontamination  o Both types of treatment techniques are only effective against microbial  pathogens and don’t reduce concentrations of chemical contaminants in  the water Biological Threats to Water Quality ­ The World Health Organization (WHO) has described five ways water may be  associated with human diseases 1. Waterborne diseases  Transmitted by microorganisms that survive within water and are  directly ingested 3 2. Water­washed diseases   Exacerbated by inadequate washing of hands or food, such as  trachoma, skin and eye infections, and many of the fecal­oral  pathogens  3. Water­based disease  Organisms that spend part of their life cycle as larval forms within  freshwater and come in contact with humans through bathing or  ingesting infested water i.e. schistosomiasis and dracunculiasis  4. Water­related diseases  I.e. dengue fever and malaria, caused by organisms that breed or  otherwise spend part of their life cycle in water but don’t come in  contact with human hosts via water exposure 5. Water­dispersed infections  Caused by microorganisms, such as Legionella, that proliferate  within water supplies and are transmitted to humans by dispersal in  air and inhalation ­ Majority of waterborne pathogens infect the gastrointestinal tract o Enter through contamination by human or animal fecal material o Microbial pathogens are usually categorized as bacterial, viral, or  protozoal   These different pathogens differ in life cycles, hosts, and survival  in their environment o Most contaminate the source water from which drinking water is obtained ­ To measure the quality of the source of drinking water, measurements of coliform  bacteria (related to E. coli) and water turbidity are used o Are quick but unreliable o Tests using coliform bacteria will miss viruses and protozoa o Outbreaks have still occurred with water turbidity  ­ Both developed and developing worlds, burden of waterborne disease depends on  level of contamination and availability and effectiveness of water treatment ­ Worldwide, the main bacterial pathogen spread by water are Salmonella species,  Shigella species, pathogenic E. coli, and Vibrio cholerae  o All cause diarrheal disease o Salmonella typhi causes typhoid fever, characterized by high fevers,  abdominal pain, and constipation o Shigella can cause dysentery, characterized by severe abdominal cramping  with blood and mucus in the stool o Different subspecies of E. coli can cause diarrhea with a variety of features  and complications, incl. renal failure and coagulation disorders o Cholera is characterized by profuse, life­threatening passage of “rice­ water” stools  ­ In general, bacterial pathogens are more effectively controlled than any viral or  protozoal pathogens by existing water treatment process ­ Most bacteria are susceptible to inactivation by chlorine 4 Protozoa  ­ Growing proportion of outbreaks of infectious origin in the United States is due to  protozoal pathogens, primarily Giardia lamblia and Cryptosporidium parvum  o Both cause a spectrum of disease, from asymptomatic infection to chronic  and severe diarrhea o C. parvum in particular causes severe and often fatal diarrheal disease in  severely immunocompromised people i.e. AID
More Less

Related notes for EESA10H3

Log In


OR

Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


OR

By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.


Submit