Загрязнение воды представляет собой серьезную проблему для экологии Земли. И ее стоит решать как в больших масштабах – на уровне государств и предприятий, так и в маленьких – на уровне каждого человеческого существа. Ведь не забываем, ответственность за Тихоокеанское мусорное пятно лежит на совести всех, кто не выбрасывает мусор в урну.
Сточные воды
Бытовые сточные воды нередко содержат синтетические моющие средства, которые попадают в реки и моря. Скопления неорганических веществ влияет на водных обитателей, и уменьшают количество кислорода воде, что приводит к образованию так называемых «мертвых зон», которых в мире уже около 400.
Нередко промышленные стоки, содержащие неорганические и органические отходы, спускаются в реки и моря. Ежегодно в водные источники попадают тысячи химических веществ, действие которых на окружающую среду заранее не известно. Многие из них представляют собой новые соединения. Хотя промышленные стоки во многих случаях подвергаются предварительной очистке, они все-таки содержат токсичные вещества, которые трудно обнаружить.
Кислотные дожди
Кислотные дожди возникают в результате попадания в атмосферу отработанных газов, выпускаемых металлургическими предприятиями, тепловыми электростанциями, нефтеперерабатывающими заводами, а также другими промышленными предприятиями и автомобильным транспортом. Эти газы содержат оксиды серы и азота, которые соединяются с влагой и кислородом воздуха и образуют серную и азотную кислоты. Затем эти кислоты выпадают на землю - иногда на расстоянии многих сотен километров от источника загрязнения атмосферы. В таких странах, как Канада, США, ФРГ тысячи рек и озер остались без растительности и рыбы.
Твердые отходы
Если в воде находится большое количество взвешенных твердых веществ, они делают ее непрозрачной для солнечного света и тем самым препятствуют процессу фотосинтеза в водных бассейнах. Это в свою очередь вызывает нарушения в цепи питания в таких бассейнах. Кроме того, твердые отходы вызывают заиливание рек и судоходных каналов, что приводит к необходимости частого проведения дноуглубительных работ.
Утечка нефти
Только в США ежегодно происходит приблизительно 13000 случаев утечки нефти. В морскую воду ежегодно попадает до 12 млн. т нефти.
Задавайте вопросы нашему консультанту, он ждет вас внизу экрана и всегда онлайн специально для Вас. Не стесняемся, мы работаем совершенно бесплатно!!!
Также оказываем консультации по телефону: 8 (800) 600-76-83, звонок по России бесплатный!
В Великобритании ежегодно выливается в канализацию свыше 1 млн. т использованного машинного масла.
Нефть, пролитая в морскую воду, оказывает много неблагоприятных воздействий на жизнь моря. Прежде всего, гибнут птицы: тонут, перегреваются на солнце или лишаются пищи. Нефть ослепляет живущих в воде животных-тюленей, нерпу. Она уменьшает проникновение света в замкнутые водоемы и может повышать температуру воды.
Часто сложно установить источник загрязнения воды – это может быть несанкционированный выброс вредных веществ предприятием, или загрязнение, обусловленное сельскохозяйственными или промышленными работами. Это приводит к загрязнению воды нитратами, фосфатами, токсичными ионами тяжелых металлов и пестицидами.
Тепловое загрязнение воды
Тепловое загрязнение воды вызывается тепловыми или атомными электростанциями. Тепловое загрязнение вносится в окружающие водоемы отработанной охлаждающей водой. В результате повышение температуры воды в этих водоемах приводит к ускорению в них некоторых биохимических процессов, а также к уменьшению содержания кислорода, растворенного в воде. Происходит нарушение тонко сбалансированных циклов размножения различных организмов. В условиях теплового загрязнения, как правило, наблюдается сильное разрастание водорослей, но вымирание других живущих в воде организмов.
Загрязнение сточных вод
Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения.
Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:
- механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;
- химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;
- бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;
- радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;
- тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.
Основными источниками загрязнения и засорения водоемов является недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников, обработке и сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта; отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д. Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, привкусов и т.д.); в изменении химического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.
Сточные воды разделяют на три группы: фановые, или фекальные; хозяйственно-бытовые, включающие стоки от камбуза, душей, прачечных и др.; подсланевые, или нефтесодержащие. Для фановых сточных вод характерно высокое бактериальное загрязнение, а также органическое загрязнение (химическое потребление кислорода достигает 1500-2000мг/л.), объём этих вод сравнительно невелик. Хозяйственно бытовые сточные воды характеризуются невысоким органическим загрязнением. Эти сточные воды обычно сбрасываются за борт судна по мере образования. Сброс их запрещён только в зоне санитарной охраны. Подсланевые воды образуются в машинных отделениях судов. Они отличаются высоким содержанием нефтепродуктов.
Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов; их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды.
К первой группе относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и т.д., в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства воды.
Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели воды.
Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается количество кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды.
Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.
На жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства. На рыбах и на их корме - беспозвоночных - неблагоприятно отражаются молевые сплавы. Из гниющей древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых мест.
Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут.
Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1л и более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны и специальные резервуары.
Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек и озер болезнетворными бактериями и гельминтами. В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества.
Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями, которые попадают с полей вместе со струями дождевой и талой воды. В результате исследований, например, доказано, что инсектициды, содержащиеся в воде в виде суспензий, растворяются в нефтепродуктах, которыми загрязнены реки и озера. Это взаимодействие приводит к значительному ослаблению окислительных функций водных растений. Попадая в водоемы, пестициды накапливаются в планктоне, бентосе, рыбе, а по цепочке питания попадают в организм человека, действуя отрицательно как на отдельные органы, так и на организм в целом.
В связи с интенсификацией животноводства все более дают о себе знать стоки предприятий данной отрасли сельского хозяйства.
Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясомолочной, консервной и кондитерской промышленности, являются причиной органических загрязнений водоемов.
В сточных водах обычно около 60% веществ органического происхождения, к этой же категории органических относятся биологические (бактерии, вирусы, грибы, водоросли) загрязнения в коммунально-бытовых, медико-санитарных водах и отходах кожевенных и шерстомойных предприятий.
Нагретые сточные воды тепловых ЭС и др. производств причиняют тепловое загрязнение, которое угрожает довольно серьезными последствиями: в нагретой воде меньше кислорода, резко изменяется термический режим, что отрицательно влияет на флору и фауну водоемов, при этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей - так называемого “цветения воды”. Загрязняются реки и во время сплава, при гидроэнергетическом строительстве, а с началом навигационного периода увеличивается загрязнение судами речного флота.
Выпуск сточных вод в водоемы
Водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются окраска, привкусы, запахи); на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а на дне образуется осадок; изменяется химический состав воды (увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появляются токсичные вещества, уменьшается содержание кислорода, изменяется активная реакция среды и др.); изменяется качественный и количественный бактериальный состав, появляются болезнетворные бактерии. Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а часто и для технического водоснабжения; теряют рыбохозяйственное значение и т.д.
Общие условия выпуска сточных вод любой категории в поверхностные водоемы определяются народнохозяйственной их значимостью и характером водопользования. После выпуска сточных вод допускается некоторое ухудшение качества воды в водоемах, однако это не должно заметно отражаться на его жизни и на возможности дальнейшего использования водоема в качестве источника водоснабжения, для культурных и спортивных мероприятий, рыбохозяйственных целей.
Наблюдение за выполнением условий спуска производственных сточных вод в водоемы осуществляется санитарно-эпидемиологическими станциями и бассейновыми управлениями.
Нормативы качества воды водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования устанавливают качество воды для водоемов по двум видам водопользования: к первому виду относятся участки водоемов, используемые в качестве источника для централизованного или нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности; ко второму виду - участки водоемов, используемые для купания, спорта и отдыха населения, а также находящиеся в черте населенных пунктов.
Отнесение водоемов к тому или иному виду водопользования проводится органами Государственного санитарного надзора с учетом перспектив использования водоемов.
Приведенные в правилах нормативы качества воды водоемов относятся к створам, расположенным на проточных водоемах на 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования, а на непроточных водоемах и водохранилищах на 1 км в обе стороны от пункта водопользования.
Большое внимание уделяется вопросам предупреждения и устранения загрязнений прибрежных районов морей. Нормативы качества морской воды, которые должны быть обеспечены при спуске сточных вод, относятся к району водопользования в отведенных границах и к створам на расстоянии 300 м в стороны от этих границ. При использовании прибрежных районов морей в качестве приемника производственных сточных вод содержание вредных веществ в море не должно превышать ПДК, установленные по санитарно-токсикологическому, обще санитарному и органолептическому лимитирующим показателям вредности. При этом требования к спуску сточных вод дифференцированы применительно к характеру водопользования. Море рассматривается не как источник водоснабжения, а как лечебный оздоровительный, культурно бытовой фактор.
Поступающие в реки, озера, водохранилища и моря загрязняющие вещества вносят значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное состояние водных экологических систем. В результате процессов превращения загрязняющих водоемы веществ, протекающих под воздействием природных факторов, в водных источниках происходит полное или частичное восстановление их первоначальных свойств. При этом могут образовываться вторичные продукты распада загрязнений, оказывающих отрицательно влияние на качество воды.
Самоочищение воды водоемов - это совокупность взаимосвязанных гидродинамических, физико-химических, микробиологических и гидробиологических процессов, ведущих к восстановлению первоначального состояния водного объекта. В связи с тем, что в сточных водах промышленных предприятий могут содержаться специфические загрязнения, их спуск в городскую водоотводящую сеть ограничен рядом требований. Выпускаемые в водоотводящую сеть производственные сточные воды не должны: нарушать работу сетей и сооружений; оказывать разрушающего воздействия на материал труб и элементы очистных сооружений; содержать более 500мг/л взвешенных и всплывающих веществ; содержать вещества, способные засорять сети или отлагаться на стенках труб; содержать горючие примеси и растворенные газообразные вещества, способные образовывать взрывоопасные смеси; содержать вредные вещества, препятствующие биологической очистке сточных вод или сбросу в водоем; иметь температуру выше 40 С. Производственные сточные воды не удовлетворяющие этим требованиям, должны предварительно очищаться и лишь после этого сбрасываться в городскую водоотводящую сеть.
Источники загрязнения воды
Наиболее угрожают чистоте водоемов нефтяные масла. Для очистки от нефти требуется улавливание не только плавающей по поверхности пленки, но и осаждение нефтяной эмульсии.
Весьма опасны как загрязнители сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Стоки этих предприятий поглощают кислород за счет окисления органических веществ, засоряют воду нерастворимыми веществами и волокнами, придают воде неприятный вкус и запах, изменяют цвет, способствуют развитию грибных обрастаний по дну и берегам.
Особенно загрязняют водоемы и губительно отражаются на развитии водных организмов сточные воды разнообразных химических заводов. Сбросы ТЭЦ обычно бывают подогреты на 8-10 С выше в сравнении с водой водоемов. При повышении температуры водоемов в них происходит усиление развития микро- и макропланктона, "цветение" воды, изменяются ее запах и цвет.
Сильно загрязняет и засоряет реки молевой сплав леса. Массы плывущего леса наносят рыбе ранения, преграждают путь к нерестилищам, рыба большей частью покидает обычные места нереста. Кора, сучья, ветки засоряют дно водоемов. Из бревен и древесных отходов выделяется в воду смола и другие вредные для рыбного населения продукты. Экстрагированные из древесины вещества разлагаются в воде, поглощая кислород, вызывая гибель рыб. Особенно в первые сутки сплава от недостатка кислорода гибнут икра и мальки рыб, а также кормовые беспозвоночные.
Усиливает засорение рек сброс в них отходов лесозаводов – опилки, кора и др., скапливающиеся большей частью в заводях и протоках. Часть леса тонет, число бревен увеличивается из года в год. Гниющая древесина и кора отравляют воду, она становится "мертвой".
Источником загрязнения вод во многих случаях являются коммунальные сточные воды (канализация, бани, прачечные, больницы и др.).
Растет численность населения, расширяются старые и появляются новые города. К сожалению, не всегда постройка очистных сооружений успевает за темпами жилищного строительства.
Положение осложняется тем, что за последние годы в составе сточных вод резко увеличилось содержание биологически активных и стойких примесей, таких, как новые виды моющих средств, продуктов органического синтеза, радиоактивных веществ и др.
В ряде районов наблюдается загрязнение подземных вод, связанное с просачиванием в водоносные горизонты загрязнений с поверхности. Наибольшую же угрозу жизни водоемов и здоровью людей представляют радиоактивные отходы атомной промышленности. Источником радиоактивного загрязнения водоемов являются заводы по очистке урановой руды и по переработке ядерного горючего для реакторов, атомные электростанции, реакторы.
В настоящее время сточные воды повышенной радиоактивности порядка 100 кюри/л и выше подвергаются захоронению в подземные резервуары или закачиваются в подземные бессточные бассейны.
Установлено, что морская вода способна разъедать контейнеры, их опасное содержимое распространяется в воде. Последствия радиоактивного загрязнения от неправильного захоронения отходов сказались в Ирландском море, где радиоактивными изотопами были заражены планктон, рыбы, водоросли, а также пляжи.
Спуск радиоактивных отходов в моря и реки, как и захоронение их в верхних водонепроницаемых слоях земной коры, нельзя считать разумным решением этой важной современной проблемы. Требуются дополнительные научные исследования способов нейтрализации радиоактивных загрязнений в водоемах.
В организмах растений и животных происходят процессы биологической концентрации радиоактивных веществ на протяжении цепей питания. Концентрированные мелкими организмами эти вещества затем попадают к другим животным, хищникам, где образуют опасные концентрации. Радиоактивность некоторых планктонных организмов может в 1000 раз превышать радиоактивность воды.
Некоторые пресноводные рыбы, представляющие собой одно из высших звеньев в цепи питания, в 20-30 тыс. раз радиоактивнее воды, в которой они живут.
Загрязнения сточных вод делят в основном на две группы: минеральные и органические, в том числе – биологические и бактериальные.
К минеральным загрязнениям относятся сточные воды металлургических и машиностроительных предприятий, отходы нефтяной, нефтеобрабатывающей и горнодобывающей промышленности. Эти загрязнения содержат песок, глинистые и рудные включения, шлак, растворы минеральных солей, кислот, щелочей, минеральные масла и др.
Органические загрязнения вод производятся городскими фекально-хозяйственными стоками, водами боен, отходами кожевенных, бумажно-целлюлозных, пивоваренных и других производств. Органические загрязнения бывают растительного и животного происхождения. К растительным относятся остатки бумаги, растительные масла, остатки плодов, овощей и др. Основным химическим веществом этого рода загрязнений является углерод. К загрязнениям животного происхождения относятся: физиологические выделения людей, животных, остатки жировых и мускульных тканей, клеевые вещества, и пр. Они характеризуются значительным содержанием азота.
Бактериальные и биологические загрязнения представляют собой различные живые микроорганизмы: дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли и бактерии, в том числе – возбудители тифа, паратифа, дизентерии, яйца гельминтов, поступающие с выделениями людей и животных и пр. Бактериальную загрязненность сточных вод характеризуют величиной коли-титра, т. е. наименьшим объемом воды в миллиметрах, в котором содержится одна кишечная палочка (бактерия "коли"). Так, если коли-титр равен 10, это значит, что в 10 мл найдена 1 кишечная палочка. Этот вид загрязнений свойствен бытовым водам, а также сточным водам боен, кожевенных заводов, шерстомоек, больниц и др. Общий объем бактериальной массы достаточно велик: на каждые 1000 м3 сточных вод – до 400 л.
Загрязнения большей частью содержат около 42% минеральных веществ и до 58% органических.
При рассмотрении вопроса о составе сточных вод одним из важных понятий является концентрация загрязнения, т. е. количество загрязнений в единице объема воды, исчисляемом в мг/л или г/м3.
Концентрацию загрязнений сточных вод определяют химическими анализами. Большое значение имеет рН сточных вод, особенно при процессах их очистки. Оптимальной средой для биологических процессов очистки являются воды с рН около 7-8. Бытовые сточные воды имеет слабощелочную реакцию, производственные – от сильнокислой до сильнощелочной.
Загрязнение водоемов характеризуется следующими признаками: появление плавающих веществ на поверхности воды и отложение на дне осадка; изменение физических свойств воды, как-то: прозрачности и цветности, появление запахов и привкусов; изменение химического состава воды (реакции, количества органических и минеральных примесей, появление ядовитых веществ и др.), уменьшение растворенного в воде кислорода; изменение видов и количества бактерий и появление болезнетворных бактерий за счет поступления их со сточными водами.
Вода обладает чрезвычайно ценным свойством непрерывного самовозобновления под влиянием солнечной радиации и самоочищения. Оно заключается в перемешивании загрязненной воды со всей ее массой и в дальнейшем процессе минерализации органических веществ и отмирания внесенных бактерий. Агентами самоочищения являются бактерии, грибы и водоросли. Установлено, что в ходе бактериального самоочищения через 24 ч остается не более 50% бактерий, через 96 ч – 0,5%. Процесс бактериального самоочищения сильно замедляется зимой, так что через 150 ч сохраняются еще до 20% бактерий.
Чтобы обеспечить самоочищение загрязненных вод, необходимо их многократное разбавление чистой водой.
Если же загрязнения настолько велики, что самоочищение воды не происходит, существуют специальные методы и средства для ликвидации загрязнений, поступающих со сточными водами.
В промышленности – это главным образом строительство цеховых и общезаводских сооружений по очистке сточных вод, совершенствование технологического процесса производства и строительство утилизационных установок для извлечения ценных веществ из сточных вод.
На речном транспорте наибольшее значение имеет борьба с потерями нефтепродуктов при погрузке, выгрузке и транспортировке на судах речного флота, оборудование судов емкостями для сбора загрязненных вод.
При лесном сплаве основными методами борьбы с засорением рек является строгое соблюдение технологии сплава леса, очистка русел рек от затонувшей древесины, прекращение молевого сплава леса на реках, имеющих рыбохозяйственное значение.
Охрана воды от загрязнения
Охрана водных ресурсов заключается в запрещении сброса в водоемы и водотоки неочищенных вод, создании водоохранных зон, содействии процессам самоочищения в водных объектах, сохранении и улучшении условий формирования поверхностного и подземного стока на водосборах.
Вопросами охраны вод в нашей стране длительное время занималось Министерство мелиорации и водного хозяйства СССР, в состав которого входили Государственная инспекция по охране водных источников и Главное управление комплексного использования водных ресурсов. В настоящее время эти функции выполняют Комитет по водному хозяйству, Государственный комитет по стандартизации, метрологии и сертификации, Федеральная служба по мониторингу окружающей среды. Главным аналитическим и координирующим центром природоохранной деятельности является Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов Российской Федерации.
Несколько десятилетий назад реки благодаря самоочищающей функции справлялись с очищением вод. Теперь же в наиболее обжитых районах страны в результате строительства новых городов и промышленных предприятий створы водопользования расположены столь плотно, что нередко места сброса сточных вод и водозаборы находятся практически рядом, Поэтому разработке и внедрению эффективных методов очистки и доочистки сточных вод, очистки и обезвреживания водопроводной воды уделяется все больше внимания. На некоторых предприятиях операции, связанные с водным хозяйством, играют все большую роль. Особенно высоки затраты на водоснабжение, очистку и отведение стоков в целлюлозно-бумажной, горнодобывающей и нефтехимической промышленности.
Последовательная очистка сточных вод на современных предприятиях предполагает проведение первичной, механической очистки (удаляются легко осаждающиеся и всплывающие вещества) и вторичной, биологической (удаляются биологически разрушающиеся органические вещества). При этом осуществляются коагуляция - для осаждения взвешенных и коллоидных веществ, а также фосфора, адсорбция - с целью удаления растворенных органических веществ и электролиз - для снижения содержания растворенных веществ органического и минерального происхождения. Обеззараживание сточных вод проводится посредством их хлорирования и озонирования. Важный элемент технологического процесса очистки - удаление и обеззараживание образующегося осадка. В некоторых случаях заключительной операцией является дистилляция воды.
Наиболее совершенные современные очистные сооружения обеспечивают освобождение сточных вод от органических загрязнений только на 85-90% и лишь в отдельных случаях - на 95%. Поэтому и после очистки необходимо 6 -12-кратное, а часто и большее разбавление их чистой водой для сохранения нормальной жизнедеятельности водных экосистем. Дело в том, что естественная самоочищающая способность водоемов и водотоков очень незначительна. Самоочищение наступает только в том случае, если сбрасываемые воды прошли полную очистку, а в водном объекте они были разбавлены водой в соотношении 1 : 12-15. Если же в водоемы и водотоки сточные воды поступают в большом объеме, а тем более и неочищенными, постепенно теряется устойчивое природное равновесие водных экосистем, нарушается их нормальное функционирование.
В последнее время разрабатываются и внедряются все более эффективные методы очистки и доочистки сточных вод после их биологической очистки с применением новейших способов обработки стоков: радиационных, электрохимических, сорбционных, магнитных и др. совершенствование технологии очистки сточных вод, дальнейшее повышение степени очистки - важнейшие задачи в области охраны вод от загрязнения.
Значительно шире следует применять доочистку очищенных сточных вод на земледельческих полях орошения (ЗПО). При доочистке сточных вод на ЗПО не затрачиваются средства на их индустриальную доочистку, создается возможность получать дополнительную сельскохозяйственную продукцию, значительно экономится вода, так как уменьшается забор свежей воды для орошения и отпадает необходимость в расходовании воды для разбавления сточных вод. При использовании на ЗПО городских сточных вод содержащиеся в них питательные вещества и микроэлементы усваиваются растениями быстрее и полнее, чем искусственные минеральные удобрения.
К числу важных задач относится также предотвращение загрязнения водоемов пестицидами и ядохимикатами. Для этого требуется ускорить проведение противоэрозионных мероприятий, создать пестициды, которые разлагались бы в течение 1-3 недель без сохранения ядовитых остатков в культуре. До решения же этих вопросов необходимо ограничить сельскохозяйственное использование прибрежных зон вдоль водотоков или не применять в них пестициды. Большего внимание требует и создание водоохранных зон.
В защите водных источников от загрязнения важное значение имеет введение платы за сброс сточных вод, создание комплексных районных схем водопотребления, водоотведения и очистки сточных вод, автоматизация контроля за качеством воды в водоисточниках и разработка методов управления качеством. Следует отметить, что комплексные районные схемы позволяют перейти к повторному и многократному использованию воды, эксплуатации общих для района очистных сооружений, а также автоматизировать процессы управления работой водопровода и канализации.
В предотвращении загрязнения природных вод велика роль охраны гидросферы, поскольку приобретенные гидросферой отрицательные свойства не только видоизменяют водную экосистему и угнетающе действуют на ее гидробиологические ресурсы, но и разрушают экосистемы суши, ее биологические системы, а также литосферу.
Необходимо подчеркнуть, что одной из радикальных мер борьбы с загрязнением служит преодоление укоренившейся традиции рассматривать водные объекты в качестве приемников сточных вод. Там, где это возможно, следует исключить в одних и тех же водотоках и водоемах либо забор воды, либо сброс сточных вод.
Загрязнение поверхностных вод
Качество воды большинства водных объектов не отвечает нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод обнаруживают тенденцию увеличения числа створов с высоким уровнем загрязненности (более 10 ПДК) и числа случаев экстремально высокого содержания (Свыше 100 ПДК) загрязняющих веществ в водных объектах.
Состояние водных источников и систем централизованного водоснабжения не может гарантировать требуемого качества питьевой воды, а в ряде регионов (Южный Урал, Кузбасс, некоторые территории Севера) это состояние достигло опасного уровня для здоровья человека. Службы санитарно-эпидемиологического надзора постоянно отмечают высокое загрязнение поверхностных вод.
Около 1/3 всей массы загрязняющих веществ вносится в водоисточники с поверхностным и ливневым стоком с территорий санитарно неблагоустроенных мест, сельскохозяйственных объектов и угодий, что влияет на сезонное, в период весеннего паводка, ухудшение качества питьевой воды, ежегодно отмечаемое в крупных городах, в том числе и в Москве. В связи с этим проводится гиперхлорирование воды, что, однако небезопасно для здоровья населения в связи с образованием хлорорганических соединений.
Одним из основных загрязнителей поверхностных вод является нефть и нефтепродукты. Нефть может попадать в воду в результате естественных ее выходов в районах залегания. Но основные источники загрязнения связаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья.
Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и живые организмы занимают токсичные синтетические вещества. Они находят все более широкое применение в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5-15мг/л при ПДК - 0,1 мг/л. Эти вещества могут образовывать в водоёмах слой пены, особенно хорошо заметный на порогах, перекатах, шлюзах. Способность к пенообразованию у этих веществ появляется уже при концентрации 1-2 мг/л.
Наиболее распространенными загрязняющими веществами в поверхностных водах являются фенолы, легко окисляемые органические вещества, соединения меди, цинка, а в отдельных регионах страны – аммонийный и нитритный азот, лигнин, ксантогенаты, анилин, метил меркаптан, формальдегид и др. Огромное количество загрязняющих веществ вносится в поверхностные воды со сточными водами предприятий черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, нефтяной, газовой, угольной, лесной, целлюлозно-бумажной промышленности, предприятий сельского и коммунального хозяйства, поверхностным стоком с прилегающих территорий.
Небольшую опасность для водной среды из металлов представляют ртуть, свинец и их соединения.
Расширенное производство (без очистных сооружений) и применение ядохимикатов на полях приводят к сильному загрязнению водоемов вредными соединениями. Загрязнение водной среды происходит в результате прямого внесения ядохимикатов при обработке водоемов для борьбы с вредителями, поступления в водоемы воды, стекающей с поверхности обработанных сельскохозяйственных угодий, при сбросе в водоемы отходов предприятий-производителей, а также в результате потерь при транспортировке, хранении и частично с атмосферными осадками.
Наряду с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля. Кроме того, большие количества органических соединений азота и фосфора попадают со стоками от животноводческих ферм, а также с канализационными стоками. Повышение концентрации питательных веществ в почве приводит к нарушению биологического равновесия в водоеме.
Вначале в таком водоеме резко увеличивается количество микроскопических водорослей. С увеличением кормовой базы возрастает количество ракообразных, рыб и других водных организмов. Затем происходит отмирание огромного количества организмов. Оно приводит к расходованию всех запасов кислорода, содержащегося в воде, и накоплению сероводорода. Обстановка в водоеме меняется настолько, что он становится непригодным для существования любых форм организмов. Водоем постепенно «умирает».
Современный уровень очистки сточных вод таков, что даже в водах, прошедших биологическую очистку, содержание нитратов и фосфатов достаточно для интенсивного эвтрофирования водоемов.
Во многих водных объектах концентрации загрязняющих веществ превышают ПДК, установленные санитарными и рыбоохранными правилами.
Загрязнение подземных вод
Причины загрязнения подземных вод весьма разнообразны и могут иметь как естественное, так и техногенное происхождение. Различают следующие виды загрязнения вод: химическое, нефтяное, радиоактивное, микробиологическое и тепловое. Предельно допустимые концентрации (ПДК) компонентов в подземных водах регулируются санитарно-эпидемиологическими правилами и нормативами СанПин 2.1.4.1074-01.
Химическое загрязнение. Этот вид загрязнения имеет региональное и локальное распространение. Региональные процессы, которые обусловливают превышение концентрации отдельных компонентов в подземных водах по сравнению с ПДК, носят зональный характер. Увеличение минерализации и смена типа вод происходит при движении их по пласту и на глубину. Гидрогеохимическая зональность связана, прежде всего, с процессами растворения пород, конвективным и диффузионным переносом вещества, а также концентрированием солей в грунтовых водах при испарении в аридных областях. В результате этих процессов в гумидных областях пресные воды с глубиной сменяются солоноватыми и солеными, а в аридных областях широко распространяются процессы континентального засоления, при котором воды обогащаются сульфатами и хлоридами и становятся не пригодными для питья.
Гидрогеохимическая зональность (широтная и по пласту), в значительной степени регулируется окислительно-восстановительной и кислотно-щелочной обстановками. В условиях тундры образуется кислая среда часто с бескислородным и мерзлотным режимом. В лесостепной зоне в покровных отложениях преобладает щелочная среда с неравномерным промывным режимом. Более четко окислительно-восстановительная зональность подземных вод обнаруживает себя при движении их по пласту. С глубиной Еhуменьшается, так как основной потенциалозадающий компонент – кислород – расходуется на окислительные процессы. В верхней части разреза распространены кислородные воды с Еh, с глубиной они сменяются бескислородными и бессульфидными водами с Еh= 200+100 мВ, еще глубже появляются сульфидные воды с Еh< 100 мВ, а часто менее нуля. Снижение окислительно-восстановительного потенциала синхронно сопровождается ростом показателя рН и образованием в нижней части пласта щелочных вод. Появление в подземных водах нормируемых компонентов, в количестве, превышающем ПДК, в значительной степени регулируется соотношением Еh– рН. В бескислородных и бессульфатных водах фиксируются аномально высокие концентрации железа (Fe2+), марганца (Мn2+) и аммония (NH4+). Увеличение Еh сопровождается ростом содержания селена, меди, цинка, свинца и кадмия.
Воды, содержащие повышенные количества железа, марганца и аммония, почти повсеместно распространены в верхней части гидрогеологического разреза гумидной области, а также в межмерзлотных и иногда подмерзлотных водах области распространения многолетней мерзлоты. Средние содержания железа достигают 10 мг/л, при максимальных его значениях до 30-40 мг/л, марганец обычно присутствует в количествах 0,1-0,5 мг/л при максимальных значениях до 10 мг/л, аммоний обычно определяется в количестве нескольких миллиграммов на литр при максимальном значении в несколько десятков.
Из компонентов, формирующихся в кислородной зоне, наиболее опасным для питьевых вод является селен (HseO3), который накапливается в околонейтральных водах с Еh> 200мВ. Другим условием для накопления селена в количествах, превышающих ПДК, является наличие селеносодержащих минералов во вмещающих породах. В околонейтральных водах миграции некоторых химических компонентов благоприятствует присутствие органических, фульво- и гуминовых кислот, а также фтора, выполняющих роль лигандов. С органическими кислотами железо (Fe3+,Fe2+), бериллий (Ве2+), ртуть (Нg2+) образуют устойчивые комплексные соединения. Соединения бериллия с фтором также отличаются высокой миграционной способностью.
В определенных условиях качество пресных вод ухудшается в результате аккумуляции в них фтора и стронция. Появление их в водах с концентратами, превышающими ПДК, наблюдается там, где и вмещающие породы ими обогащены, а в катионном составе вод преобладает натрий. Кальций способствует осаждению стронция и фтора из вод, а натрий, наоборот, переводит их в растворенное состояние. Фторносные воды распространены в Московском и Волго-Камском артезианских бассейнах, а также на Балтийском щите. Стронциевые воды встречены в гипсоносных отложениях Перми на севере и востоке Русской плиты. Такие же условия, т.е. повышенная концентрация элемента во вмещающих породах и натриевый состав вод, необходимы для образования мышьяковистых и бороносных вод. Подобная обстановка наблюдается в водоносных комплексах восточного Предкавказья. Итак, загрязнения пресных подземных вод под действием природных процессов обычно охватывает значительные территории, которые иногда объединяют под названием биогидрогеохимических провинций. В них отмечены повышение концентрации железа, марганца, фтора, селена, стронция, мышьяка и других нормируемых компонентов.
Техногенное загрязнение подземных вод чаще всего бывает локальным. Под его воздействием в водоносных системах образуются ореолы и потоки загрязнения. В подземные воды загрязнение попадает с земной поверхности и может иметь точечный, площадной или линейный характер. По характеру воздействия на гидрогеологическую среду различают два типа загрязняющих веществ: инертные и активные. В первом случае химический тип подземных вод не изменяется, во втором в зависимости от соотношения Еh/pH существенно изменяются состав подземных вод, физико-химическая обстановка, и условия миграции химических компонентов претерпевают существенные изменения. По мнению С.Р. Крайнова, все разнообразие геохимических свойств загрязненных поземных вод, создаваемого промышленностью, сельским хозяйством, социально-бытовыми и другими техногенными воздействиями, сводится к созданию строго ограниченного и определенного набора геохимических ситуаций. На графике Еh/pH- соотношений они укладываются в пять основных типов загрязнения подземных вод: кислые воды с высокими значениями Еh(III), (I), нейтральные воды с высокими значениями Еh(II), щелочные воды с низкими положительными значениями Еh(III), околонейтральные бескислородные, бессульфидные воды с низкими положительными значениями Еh(IV), околонейтральные щелочные воды с отрицательными значениями Еh(V).
Анализ техногенного загрязнения подземных вод позволяет придти к выводу, что все их геохимическое разнообразие связано с формированиями определенных Еh- и рН-ситуаций. Установленные типы загрязнения подземных вод характеризуются определенным набором химических компонентов с соответствующими миграционными их свойствами и концентрациями. В процессе техногенного воздействия существенно изменяется физико-химическая обстановка, все компоненты, участвующие в этом процессе: водовмещающие породы, содержащиеся в них воды и привнесенные загрязнения.
Нефтяное загрязнение. Этот вид загрязнения подземных вод является широко распространенным и весьма устойчивым. За последние полтора века человечество откачало из недр примерно 100 млрд. т нефти. В настоящее время ее добыча стабилизировалась на уровне 3,5 млрд. т в год. Из них примерно десятая часть добывается в нашей стране. В начале текущего столетия у нас было известно 1649 месторождений нефти, из них эксплуатировались 1061. Загрязнение подземных вод при добыче нефти происходит не только в результате ее разлива, но также и при откачке попутных вод, закачке вод для поддержания пластового давления и других причин. Оно продолжается и захватывает огромные площади при транспортировке и переработке нефти и использовании нефтепродуктов в различных областях человеческой деятельности. На пути технологической цепочки от добычи до использования нефти образуется множество соединений с различными свойствами. Поэтому загрязнение подземных вод нефтью и нефтепродуктами на всех этапах движения их по технологической цепочке представляет собой разнообразные схемы взаимодействия воды с какими-либо органическими соединениями.
Поступление нефти и нефтепродуктов на земную поверхность чаще всего бывает случайным и спонтанным (фонтанирование скважин, разрыв трубопровода, аварии на транспорте и т. д.). Более длительным и регулярным оно может быть на участках протечки нефтяных резервуаров, перекачки топлива, заправочных станциях, аэродромах и др. Наиболее подвижными являются жидкие нефтепродукты, они легче всего проникают в почвенно-покровные отложения. Поверхности грунтовых вод достигает только часть из просочившихся нефтепродуктов, поскольку некоторое их количество испаряется, а некоторое сорбируется вмещающими породами. Загрязнение почвы и пород зоны аэрации является неравномерным и мозаичным. Оно длительное время может вымываться атмосферными осадками и вместе с ними поступать в верхний водоносный горизонт. В водах этого горизонта нефтяное загрязнение может находиться в растворенном, диспергированном, эмальгированном виде, образовывать газовую оболочку вокруг водной поверхности. Наибольшей растворимостью в воле обладает бензин (500 мг/л), нефть (10-50 мг/л), дизельное топливо (8-22 мг/л) и керосин (2-5 мг/л). Для большинства нефтепродуктов ПДК равна 0,01-0,3 мг/л. Самая низкая ПДК (0,005 мг/л) установлена для такого канцерогенного вещества, как бензопирен. Чтобы оценить угрозу нефтяного загрязнения приведем только один факт: попадание 1л бензина в подземные воды может сделать некондиционными 2 •106л пресной воды.
Движение нефтяного загрязнения в подземных водах дробится: одна часть растворяется в подземных водах и движется вместе с ней, другая образует нефтяную пленку и передвигается самостоятельно в соответствии со своей вязкостью и плотностью. Более вязкие фракции нефти тормозят ее растекание, наиболее устойчивые эмульсии содержат до 30-40% воды и в процессе движения подвергаются окислению, в результате которого появляется новое соединение с новыми свойствами, обычно способствующими растворению в воде. Еще одна часть углеводородов – легкая фракция – переходит в газообразную фазу. Кроме того, часть углеводородов сорбируется вмещающими породами. Таким образом, первичное нефтяное загрязнение после попадания в водоносный горизонт изменяет свой состав, свойства и состояние и испытывает влияние процессов самоочищения подземных вод, которому способствует биодеградация, деструкция, сорбция химических соединений и др. Процесс загрязнения подземных вод и его разрушения сложен. В нефти установлено более 450 индивидуальных соединений, 95% из них являются углеводородными (предельные углеводороды или алканы, ароматические углеводороды и органические кислоты). Нуглеводородные соединения представлены производными серы (0,1-10%), азота (1%), кислорода (до 3%). В нефти обнаружено 30 элементов металлов и 20 элементов неметаллов. Из металлов наибольшее значение имеют ванадий, никель, железо, кадмий, цинк, фтор, хром, медь, марганец. Отсюда видно насколько широк диапазон загрязнения, который может возникать в подземных водах при проникновении в них нефтепродуктов. Следует отметить, что некоторые металлы (ванадий и никель) при их содержании более 10-2% могут извлекаться из нефти и рассматриваться как самостоятельное полезное ископаемое. То же можно сказать и о техногенных месторождениях нефти и нефтепродуктов. Они образуются на участках многолетнего функционирования нефтеперерабатывающих предприятий, заправочных станций, аэродромов. В этих местах обнаружены скопления нефти, керосина и других нефтепродуктов мощностью более 1м.
Радиоактивное загрязнение. Радиоактивное загрязнение подземных вод может иметь как естественное, так и техногенное происхождение. Естественная зараженность подземных вод связана с водовмещающими породами. Концентрация естественных радиоактивных нуклидов (ЕРН) в природных водах изменяется в значительных пределах.
При этом радиоактивность поверхностных вод весьма мала. В подземных водах она напрямую зависит от содержания радиоактивных элементов в водовмещающих породах. Поэтому особенно велико их присутствие в водах урановых месторождений, кислых магматических пород, зонах тектонических нарушений. Более благоприятные условия для накопления в подземных водах урана и радона создаются в окислительной обстановке, а для накопления радия – в восстановительной обстановке в рассолах хлоридного кальциево-натриевого состава.
В зависимости от концентрации ЕРН подземные воды делятся на радоновые, радиевые и урановые. При смешении этих вод могут возникать различные варианты. Нормирование содержания ЕРН позволяет решать разнообразные практические задачи: экологические, хозяйственно-питьевые, лечебные, извлечение из вод компонентов (например, урана).
Техногенное загрязнение подземных вод радиоактивными веществами связано, в основном, с испытаниями ядерного оружия в военных и мирных целях, переработкой ядерного сырья, штатными и аварийными выбросами при эксплуатации АЭС, хранением, транспортировкой и переработкой радиоактивных отходов.
Остановимся на вопросе эксплуатации АЭС. Производство электроэнергии с помощью ядерных установок растет с каждым годом в европейских и северо-американских государствах оно достигло 10-20% и более от суммарного ее производства. В европейской части России функционируют восемь АЭС (Курская, Смоленская, Балаковская, Нововоронежская, Калининская, Ленинградская, Кольская, Ростовская). Даже при штатном режиме работы АЭС предусматривается выброс в атмосферу некоторого количества радионуклидов через вентиляционные трубы и сброс технологических вод в поверхностные водоемы (пруды, отстойники). Воздушные выбросы производятся на высоте 100-150 м и ветром рассеиваются на окружающую территорию, попадая в почву, подземные, поверхностные воды, и ассимилируются биотой. Жидкие стоки, обогащенные радионуклидами, также могут попадать в водоносные горизонты и поверхностные водотоки окружающих территорий. Таким образом, при работе АЭС какое-то количество радионуклидов систематически попадет в атмосферу, почвенно-покровные отложения, водоносные горизонты и поверхностные воды. Согласно замерам радиоактивного загрязнения, при штатной работе АЭС оно не ведет к серьезным экологическим последствиям и составляет примерно 10% от установленного предельного уровня.
Однако при эксплуатации АЭС возможны нарушения штатных режимов с теми или иными последствиями.
Происшествия, связанные с эксплуатацией АЭС, могут быть вызваны не только выбросами инертных радиоактивных газов или сбросом радиоактивных вод, но также многими другими причинами (технологическими, нарушениями правил транспортировки хранения радиоактивных веществ и др.). Наиболее тяжкие последствия возникают при авариях на энергоблоках, как и случилось на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 г. В результате этой катастрофы на земную поверхность было выброшено 1,9•1018Бк радиоактивных веществ, из них 8,1•1015Бк приходилось на стронций-90 и 3,7•1016Бк на цезий-137. В спектре выпавших радионуклидов обнаружены рубидий -87, плутоний-240, уран-234, уран-238, рутений-106 и др. Радиоактивное загрязнение охватило весь континент, особенно пострадали территории, примыкающие к Чернобыльской АЭС.
Перемещение радионуклидов в почвенно-покровных отложениях можно представить в виде трех миграционных потоков:
Склоновый смыв наиболее динамичен, он зависит от эрозионной деятельности дождевых и снеговых вод.
Диффузионный путь движения радионуклидов самый медленный, его проделывают так называемые «горячие частицы»; продукты горения атомного реактора и инертные материалы, сброшенные в очаг пожара. Их средний размер 0,1-2 мкм, активность каждой частицы оценивается в 1-100 Бк, 50-70% этих частиц закрыты «рубашкой» из силикатов железа, т.е. находятся в негидролизуемой форме. Движущиеся «горячие частицы» очень медленно. За 10 лет после аварии они прошли путь не более 10-20 см.
Инфильтрационный вертикальный поток приносит радионуклиды в верхние водоносные горизонты. При движении через зону аэрации растворенные радионуклиды частично сорбируются, частично осаждаются на физико-химических барьерах или задерживаются водоупорными породами. Поэтому загрязнение подземных вод после Чернобыльской аварии оказалось неравномерным. Время существования гидрогеохимической аномалий, образовавшихся после Чернобыльской аварии, обычно ограничивалось двумя-тремя годами, необходимыми для разбавления и рассеяния их атмосферными водами. Вместе с тем, на участках, где в подземных водах аккумулировались долгоживущие радионуклиды, возможно длительное существование геопатогенных зон.
Радиоактивные отходы. Система обращения с РАО включает в себя следующие стадии их трансформации: сбор, переработку, хранение, транспортировку, захоронение и изоляцию. В результате изменяются физико-механические и фильтрационные свойства водовмещающих пород с возможными негативными последствиями.
Таким образом, в районах действующих АЭС экологическая обстановка близка к норме. Но риск возникновения аварийных ситуаций в этих районах существует всегда, как и возможность образования радиогидрогеохимических ореолов загрязнения. Как было показано на примерах предприятия «Маяк» и Западно-Сибирского химкомбината, подобные ситуации возможны во всех других местах сбора, переработки и хранения РАО.
Микробиологическое загрязнение. В подземных водах встречаются три группы бактерий: аэробные, факультативные и анаэробные. Распространение микрофлоры в подземных водах регулируется минерализацией, температурой подземных вод, гидрогеохимической обстановкой (Еh, рН) и наличием органического вещества, обеспечивающего питание микроорганизмов. В пресных водах живые организмы находятся в количестве дясятков-сотен тысяч бактерий в 1 мл. Это, главным образом, гнилостные бактерии и сапрофиты. Кроме того, в пресных водах функционируют водородоокисляющие, денитрифицирующие, разлагающие клетчатку, железоокисляющие, метанобразующие и другие бактерии. Особенно интенсивно микрофлора развивается на участках проникновения хозяйственно-бытовых и промышленных стоков, при просачивании инфильтрационных вод в местах свалок, выгребных ям, скопления отходов животноводческих ферм, свинокомбинатов, птицефабрик, на площадях нефтяного загрязнения.
В подземных водах могут быть обнаружены возбудители инфекционных заболеваний (брюшного тифа, холеры, чумы и др.), которые попадают в водоносные горизонты со сточными водами, проникают из могильников и другими путями. Время существования микроорганизмов ограничивается 30-400 сут. На продолжительность их жизни влияют условия питания, состав, минерализация и температура подземных вод, плотность микробного населения (чем больше плотность, тем больше продолжительность жизни). Живучесть болезнетворных бактерий увеличивается при поглощении их вмещающими породами. Таким образом, ореолы микробного загрязнения ограничены по площади распространения и времени проявления. Вместе с тем в отдельных случаях возможно образовании постоянно функционирующих ореолов микробного загрязнения и создание среды обитания болезнетворных бактерий. Такие очаги инфекции могут возникать в местах проявления крупных эпидемий заразных болезней, в местах захоронения жертв этих эпидемий. Главной гидрогеологической проблемой во всех этих случаях является правильный выбор местоположения водозаборных сооружений, обеспечивающий безопасную их эксплуатацию.
Тепловое загрязнение. Последствия воздействия теплового загрязнения могут быть различными. В частности, они могут приводить к деградации многолетней мерзлоты, нарушению теплового режима деятельного слоя. Рост температуры подземных вод не позволяет в ряде случаев использовать их для практических целей в соответствии с санитарными и другими нормами. В этих условиях меняются химический состав, вкусовые качества, биологические свойства и количество растворенных газов, особенно кислорода. Химические последствия изменения температурного режима подземных вод разнообразны. Во-первых, они приводят к созданию неравновесных гидрогеологических систем, обычно ускоряют (реже замедляют), течение химических процессов. Во-вторых, тепловое загрязнение, как правило, сопровождается другими видами загрязнений: химическим, микробиологическим, радиоактивным, что приводит к крайне нежелательным экологическим последствиям. Тепловое загрязнение подземных вод чаще всего связано с деятельностью электростанций, особенно атомных, и энергоемких производств, а также нагретых трубопроводов и буровых скважин. В этих районах создается своеобразный микроклимат, образуются контрастные тепловые аномалии, захватывающие грунтовые воды, сбрасываются большие объемы горячих и теплых вод.
«Теплые острова» появляются на территории городских агломераций, трасс трубопроводов добывающих скважин, дыхание их обогревает большие площади. Тепловое поле может изменяться и на больших глубинах (до 3 км) при откачках и закачках вод. Эти процессы наблюдаются при осушении горных выработок, работе водозаборов на участках добычи нефти и газа, особенно при искусственном поддержании пластового давления, закачке промстоков, в глубоких горизонтах дислокации месторождений термальных вод и парогидротерм, отборе петрогенного тепла системами эксплуатационных скважин. Тепловое загрязнение подземных вод сопровождается в этих случаях изменениями окислительно-восстановительного потенциала и кислотно-щелочной реакции, химического, газового состава воды, что, в свою очередь, приводит к кольматации пустот и трещин водовмещающих пород в результате выпадения в осадок солей и других веществ.
Проблема загрязнения воды
В настоящее время проблема загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод и т.д.) является наиболее актуальной, т.к. всем известно выражение - «вода - это жизнь». Без воды человек не может прожить более трех суток, но, даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами.
Вода составляет большую часть любых организмов, как растительных, так и животных, в частности, у человека на её долю приходится 60-80% массы тела. Вода является средой обитания многих организмов, определяет климат и изменение погоды, способствует очищению атмосферы от вредных веществ, растворяет, выщелачивает горные породы и минералы и транспортирует их из одних мест в другие и т.д. Для человека вода имеет важное производственное значение: она и транспортный путь, и источник энергии, и сырье для получения продукции, и охладитель двигателей, и очиститель и т.д.
Основная масса воды сосредоточена в океанах. Испаряющаяся с его поверхности вода дает живительную влагу естественным и искусственным экосистемам суши. Чем ближе район к океану, тем больше там выпадает осадков. Суша постоянно возвращает воду океану, часть воды испаряется, особенно лесами, часть собирается реками, в которые поступают дождевые и снеговые воды. Обмен влагой между океаном и сушей требует очень большого количества энергии: на это затрачивается до 1/3 того, что Земля получает от Солнца.
Цикл воды в биосфере до развития цивилизации был равновесным, океан получал от рек столько воды, сколько расходовал при её испарении. Если не менялся климат, то не мелели реки и не снижался уровень воды в озёрах. С развитием цивилизации этот цикл стал нарушаться, в результате полива сельскохозяйственных культур увеличилось испарение с суши. Реки южных районов обмелели, загрязнение океанов и появление на его поверхности нефтяной плёнки уменьшило количество воды, испаряемой океаном. Всё это ухудшает водоснабжение биосферы. Более частыми становятся засухи, возникают очаги экологических бедствий, например, многолетняя катастрофическая засуха в зоне Сахеля.
Кроме того, и сама пресная вода, которая возвращается в океан и другие водоёмы с суши, часто загрязнена. Практически не пригодной для питья стала вода многих рек России.
Проблема сохранения качества воды является на данный момент самой актуальной. Науке известно более 2,5 тыс. загрязнителей природных вод. Это пагубно влияет на здоровье населения и ведет к гибели рыб, водоплавающих птиц и других животных, а также к гибели растительного мира водоёмов. При этом не только ядовитые химические и нефтяные загрязнения, избыток органических и минеральных веществ, поступающих со смывом удобрений с полей, опасны для водных экосистем. Очень важным аспектом загрязнения водного бассейна Земли является тепловое загрязнение, которое представляет собой сброс подогретой воды с промышленных предприятий и тепловых электростанций в реки и озера.
Сегодня воды, пригодной для питья, промышленного производства и орошения, не хватает во многих районах мира. Нельзя не обращать внимания на эту проблему, т.к. на следующих поколениях скажутся все последствия антропогенного загрязнения воды. Уже сейчас из-за диоксинового загрязнения водоемов в России ежегодно погибает 20 тыс. человек. Примерно такое же число россиян ежегодно смертельно заболевает раком кожи в результате разрушения озонового слоя в стратосфере. Вследствие проживания в опасно отравленной среде обитания распространяются раковые и другие экологически зависимые заболевания различных органов. У половины новорожденных получивших даже незначительное дополнительное облучение на определенном этапе формирования плода в теле матери, обнаруживаются задержки умственного развития. Следовательно, эту проблему надо решать как можно скорее и радикально пересмотреть проблему очищения промышленных сбросов.
Спуск сточных вод в водоемы
Водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются окраска, привкусы, запахи); на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а на дне образуется осадок; изменяется химический состав воды (увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появляются токсичные вещества, уменьшается содержание кислорода, изменяется активная реакция среды и др.); изменяется качественный и количественный бактериальный состав, появляются болезнетворные бактерии. Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а часто и для технического водоснабжения; теряют рыбохозяйственное значение и т.д.
Общие условия выпуска сточных вод любой категории в поверхностные водоемы определяются народнохозяйственной их значимостью и характером водопользования. После выпуска сточных вод допускается некоторое ухудшение качества воды в водоемах, однако это не должно заметно отражаться на его жизни и на возможности дальнейшего использования водоема в качестве источника водоснабжения, для культурных и спортивных мероприятий, рыбохозяйственных целей.
Наблюдение за выполнением условий спуска производственных сточных вод в водоемы осуществляется санитарно-эпидемиологическими станциями и бассейновыми управлениями.
Нормативы качества воды водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования устанавливают качество воды для водоемов по двум видам водопользования: к первому виду относятся участки водоемов, используемые в качестве источника для централизованного или нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности; ко второму виду - участки водоемов, используемые для купания, спорта и отдыха населения, а также находящиеся в черте населенных пунктов.
Отнесение водоемов к тому или иному виду водопользования проводится органами Государственного санитарного надзора с учетом перспектив использования водоемов.
Приведенные в правилах нормативы качества воды водоемов относятся к створам, расположенным на проточных водоемах на 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования, а на непроточных водоемах и водохранилищах на 1 км в обе стороны от пункта водопользования.
Большое внимание уделяется вопросам предупреждения и устранения загрязнений прибрежных районов морей. Нормативы качества морской воды, которые должны быть обеспечены при спуске сточных вод, относятся к району водопользования в отведенных границах и к створам на расстоянии 300 м в стороны от этих границ. При использовании прибрежных районов морей в качестве приемника производственных сточных вод содержание вредных веществ в море не должно превышать ПДК, установленные по санитарно-токсикологическому, обще санитарному и органолептическому лимитирующим показателям вредности. При этом требования к спуску сточных вод дифференцированы применительно к характеру водопользования. Море рассматривается не как источник водоснабжения, а как лечебный оздоровительный, культурно бытовой фактор.
Поступающие в реки, озера, водохранилища и моря загрязняющие вещества вносят значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное состояние водных экологических систем. В результате процессов превращения загрязняющих водоемы веществ, протекающих под воздействием природных факторов, в водных источниках происходит полное или частичное восстановление их первоначальных свойств. При этом могут образовываться вторичные продукты распада загрязнений, оказывающих отрицательно влияние на качество воды.
Самоочищение воды водоемов - это совокупность взаимосвязанных гидродинамических, физико-химических, микробиологических и гидробиологических процессов, ведущих к восстановлению первоначального состояния водного объекта. В связи с тем, что в сточных водах промышленных предприятий могут содержаться специфические загрязнения, их спуск в городскую водоотводящую сеть ограничен рядом требований. Выпускаемые в водоотводящую сеть производственные сточные воды не должны: нарушать работу сетей и сооружений; оказывать разрушающего воздействия на материал труб и элементы очистных сооружений; содержать более 500мг/л взвешенных и всплывающих веществ; содержать вещества, способные засорять сети или отлагаться на стенках труб; содержать горючие примеси и растворенные газообразные вещества, способные образовывать взрывоопасные смеси; содержать вредные вещества, препятствующие биологической очистке сточных вод или сбросу в водоем; иметь температуру выше 40 С. Производственные сточные воды не удовлетворяющие этим требованиям, должны предварительно очищаться и лишь после этого сбрасываться в городскую водоотводящую сеть.
Методы очистки сточных вод
В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно-бытовые сбросы были невелики, реки сами справлялись с ними. В наш индустриальный век в связи с резким увеличением отходов водоемы уже не справляются со столь значительным загрязнением. Возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать их.
Очисткой сточных вод называется их обработка с целью разрушения или удаления из них вредных веществ.
Когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода, в каждом конкретном случае, определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.
В комплекс очистных сооружений, как правило, входят сооружения механической очистки. В зависимости от требуемой степени очистки они могут дополняться сооружениями биологической либо физико-химической очистки, а при более высоких требованиях в состав очистных сооружений включаются сооружения глубокой очистки. Перед сбросом в водоем очищенные сточные воды обеззараживаются, образующийся на всех стадиях очистки осадок или избыточная биомасса поступает на сооружения по обработке осадка. Очищенные сточные воды могут направляться в оборотные системы водообеспечения промышленных предприятий, на сельскохозяйственные нужды или сбрасываться в водоем. Обработанный осадок может утилизироваться, уничтожаться или складироваться.
Механическая очистка
Применяется для выделения из сточных вод нерастворенных минеральных и органических примесей. Как правило, она является методом предварительной очистки и предназначена для подготовки сточных вод к биологическим или физико-химическим методам очистки. Механическая очистка позволяет выделить из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых (как ценные материалы) используются в производстве.
В состав сооружений механической очистки входят решетки, различного вида уловители, отстойники, фильтры. Песколовки применяются для выделения из сточных вод тяжелых минеральных примесей (в основном песка). Обезвоженный песок при надежном обеззараживании может быть использован при производстве дорожных работ и изготовлении строительных материалов.
Усреднители применяются для регулирования состава и расхода сточных вод. Усреднение достигается либо дифференцированием потока поступающей сточной воды, либо интенсивным перемешиванием отдельных стоков.
Первичные отстойники применяются для выделения из сточных вод взвешенных веществ, которые под действием гравитационных сил оседают на дно отстойника, или всплывают на его поверхность.
Для очистки сточных вод, содержащих нефть и нефтепродукты, при концентрациях более 100 мг/л применяют нефтеловушки. Эти сооружения представляют собой прямоугольные резервуары, в которых происходит разделение нефти и воды за счет разности их плотностей. Нефть и нефтепродукты всплывают на поверхность, собираются и удаляются из нефтеловушки на утилизацию.
Химический метод
Заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%.
При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонко дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества. Из физико-химических методов чаще всего применяются коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д., а также электролиз. Электролиз заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ при протекании электрического тока. Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях – электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной промышленности.
Сточные воды очищают также с помощью ультразвука, озона, ионно-обменных смол и высокого давления. Хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования.
Биологический метод - широко применяемый на практике метод обработки бытовых и производственных сточных вод, основанный на использовании закономерностей биохимического самоочищения рек и других водоемов. В его основе лежит процесс биологического окисления органических соединений, содержащихся в сточных водах. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов, включающим множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов-водорослей, грибов и т.д., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма).
Используются различные типы биологических устройств: биофильтры, биологические пруды и аэротеки.
В биофильтрах сточные воды пропускают через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления.
В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем.
Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии (не слипающиеся в хлопья) омолаживают бактериальную массу ила.
Перед биологической очисткой сточные воды подвергают механической очистке, а после биологической (для удаления болезнетворных бактерий) и химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.). Биологический метод дает лучшие результаты при очистке коммунально-бытовых отходов, а также отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производства искусственного волокна.
Ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) совместно с исследователями из Международного университета штата Флорида (Майами) и Университета Майами разрабатывают способ уничтожения вредных жидких отходов с использованием электронного ускорителя. В ходе экспериментальных исследований на заводе по обработке городских отходов в округе Дейд (штат Флорида) проводилось облучение тонкого слоя падающей загрязненной воды (при расходе 380 л/мин) с помощью сканирующего электронного луча. При этом разрушались такие опасные загрязняющие вещества, как бензол, трихлорэтилен и фенол.
С целью уменьшения загрязнения гидросферы желательно вторичное использование в замкнутых ресурсосберегающих, безотходных процессах в промышленности, капельное орошение в сельском хозяйстве, экономное использование воды в производстве и в быту.
Загрязнение воды человеком
Всю свою жизнь человек ощущает на собственном здоровье влияние множества факторов. Одни из них оказывают положительное, а другие отрицательное влияние. Очень важную роль играют генетические, биологические особенности каждого из нас. Но кроме них, на наше самочувствие сильно влияют экологические факторы. Всем известно, что загрязнение воздуха, почвы и воды напрямую влияет на состояние здоровья, качество и продолжительность жизни.
О первых двух очень важных природных факторах, мы поговорим в следующий раз. А сегодня давайте поговорим про здоровье человека и загрязнение воды, а именно, узнаем, как взаимосвязаны эти два понятия.
Влияние человека на загрязнение воды - причины загрязнения
По факту загрязнение воды человеком началось с развитием промышленности. Население земли увеличивается, растут новые города, развивается промышленность. Предприятия по переработке нефти, используют воду в качестве растворителя, после чего загрязненные продуктами отходов нефти стоки попадают в природные водоемы и почву.
Целлюлозно-бумажные производства, предприятия легкой, пищевой промышленности используют воду, как рабочую среду. Просто без нее, предприятия не смогут работать. Между тем они загрязняют ее углеводородами, после чего сточные воды также загрязняют чистые наземные источники.
При производстве моющих синтетических веществ (шампуней, стиральных порошков и др.) отходы производства попадают в водоемы - хранилища питьевой воды. Очистка хранилищ от таких загрязнителей неэффективна и загрязненная вода попадает в водопровод. Но эти загрязнители очень вредны для природы и губительно влияют на здоровье человека.
Но кроме того воду, почву, воздух загрязняет сельское хозяйство. Дожди, тающий снег смывает с полей химические вещества, яды, пестициды. Все они попадают в воздух, сливаются в реки, озера. В частности, водоемы, куда попадают сточные воды с сельскохозяйственных полей, содержат огромное количество свинца. Этот элемент попадает в городской водопровод. В результате мощный удар получает нервная, кровеносная система. Особенно от отравления организма свинцом страдают дети.
Нужно понимать, что химические соединения, попадающие со стоками в реки, озера, пруды и водохранилища изменяют состав воды. Под их воздействием она может оказаться совершенно непригодной даже для бытовых, хозяйственных нужд, не говоря уже о питье и приготовлении пищи.
Вода и здоровье человека
По утверждению экспертов ВОЗ, большинства болезней и смертей от них, человечество могло бы избежать, если бы население получало чистую питьевую воду. Но, к сожалению, в большинстве российских (и не только) городов из крана течет жидкость, которую с большой натяжкой можно назвать пригодной для питья.
Совершенно очевидно, что питьевая вода не должна содержать предельно-допустимых норм химических компонентов. Но и не содержать их совсем - тоже плохо. Переизбыток, как и дефицит кальция, магния, калия, йода, фтора и т.д. плохо сказывается на здоровье. Например, недостаток фтора провоцирует кариес, а дефицит йода - болезни щитовидной железы.
Но о дефиците минеральных веществ в питьевой воде говорить не приходится, так же как о наличии в питьевой воде ядохимикатов и вредных химических соединений. Хотя концентрация их остается, преимущественно, низкой, они обладают способностью накапливаться в клетках организма, и впоследствии становятся причиной развития большинства известных заболеваний, вплоть до онкологических.
Обычная питьевая вода часто содержит в малой концентрации тяжелые металлы. В ней обнаруживается свинец, ртуть, олово и мышьяк. Часто находят хром, кадмий, медь, цинк. Их ионы, попадая в организм, оказывают разрушающее воздействие на ферменты. Подавляют их работу и впоследствии вызывают неврологические заболевания.
При отравлении ртутью организма беременной женщины, возникают очень тяжелые аномалии у детей - отсталость развития, психические аномалии и врожденные уродства. Также отстают в развитии дети, употребляющие воду, содержащую переизбыток свинца.
Тяжелые металлы очень опасны тем, что организм не может самостоятельно очиститься от них. Проникая в него вместе с водой и приготовленной на ней пищей, металлы накапливаются в клетках, связываются с белками, начиная участвовать в синтезе. Отсюда непонятные эпидемии тяжелых заболеваний внутренних органов, онкологических опухолей, врожденных аномалий.
Накопление металлов проникающих в организм с пищей называют заметить трудно. Но только на ранних уровнях до достижения ими опасной концентрации, когда организм буквально «ломается» от болезни. К сожалению, при достижении этого уровня поправить ситуацию уже практически не возможно.
Такое же пагубное влияние на организм оказывают и ядохимикаты - соединения азота, нитраты, нитриты. Они попадают в воздух, почву и питьевую воду, способствуя возникновению многочисленных заболеваний.
Человек почти на 80% состоит из воды. Влияние ее на здоровье неоценимо. Эта природная субстанция участвует во всех физических и химических процессах в нашем организме. Не только здоровье, но и жизнь человека во многом зависят от воды и ее качества.
Загрязнение природных вод
Под загрязнением водоемов понимается снижение их биосферных функций и экономического значения в результате поступления в них вредных веществ.
Одним из основных загрязнителей воды является нефть и нефтепродукты. Нефть может попадать в воду в результате естественных ее выходов в районах залегания. Но основные источники загрязнения связаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья.
Из других загрязнителей необходимо назвать металлы (например, ртуть, свинец, цинк, медь, хром, олово, марганец), радиоактивные элементы, ядохимикаты, поступающие с сельскохозяйственных полей, и стоки животноводческих ферм. Наибольшую опасность для водной среды из металлов представляют ртуть, свинец и их соединения.
Расширенное производство (без очистных сооружений) и применение ядохимикатов на полях приводят к сильному химическому загрязнению водоемов вредными соединениями. Загрязнение водной среды происходит в результате прямого внесения ядохимикатов при обработке водоемов для борьбы с вредителями, поступления в водоемы воды, стекающей с поверхности обработанных сельскохозяйственных угодий, при сбросе в водоемы отходов предприятий-производителей, а также в результате потерь при транспортировке, хранении и частично с атмосферными осадками.
Наряду с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля. Кроме того, большие количества органических соединений азота и фосфора попадают со стоками от животноводческих ферм, а также с канализационными стоками. Повышение концентрации питательных веществ в воде приводит к нарушению биологического равновесия в водоеме.
Вначале в таком водоеме резко увеличивается количество микроскопических водорослей. С увеличением кормовой базы возрастает количество ракообразных, рыб и других водных организмов. Затем происходит отмирание огромного количества организмов. Оно приводит к расходованию всех запасов кислорода, содержащегося в воде, и накоплению сероводорода. Обстановка в водоеме меняется настолько, что он становится непригодным для существования любых форм организмов. Водоем постепенно умирает.
Одним из видов загрязнения водоемов является тепловое загрязнение. Электростанции, промышленные предприятия часто сбрасывают подогретую воду в водоем. Это приводит к повышению в нем температуры воды. С повышением температуры в водоеме уменьшается количество кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие.
В загрязненной воде с повышением температуры начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут вызвать вспышки различных заболеваний.
В ряде регионов важным источником пресной воды являлись подземные воды. Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека многие источники подземной воды также подвергаются загрязнению. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них стала непригодной для питья.
Человечество потребляет на свои нужды огромное количество пресной воды в основном на промышленные и сельскохозяйственные нужды. Наиболее водоемкие отрасли промышленности - горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до 70 % всей воды, затрачиваемой в промышленности. Главный же потребитель пресной воды сельское хозяйство: на его нужды уходит 60-80 % всей пресной воды.
Подсчеты показывают, что на все виды водопользования тратится 2200 км воды в год. На разбавление стоков уходит почти 20 % ресурсов пресных вод мира. Расчеты показывают, что если даже очистка охватит все сточные воды, все равно на их разбавление потребуется 30-35 тыс. км пресной воды. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию.
Уже в настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие регионы, еще недавно считавшиеся благополучными в этом отношении. В настоящее время потребность в пресной воде не удовлетворяется у 20 % городского и 75 % сельского населения планеты.
Вмешательство человека в природные процессы затронуло даже такие крупные реки, как Волга, Дон, Днепр. При этом уменьшились объемы переносимых водных масс (сток рек). Используемая в сельском хозяйстве вода по большей части расходуется на испарение и образование растительной биомассы. Следовательно, она не возвращается в реки.
Ограниченные запасы пресной воды еще больше сокращаются из-за их загрязнения. Главную опасность представляют сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые), поскольку значительная часть использованной воды возвращается в водные бассейны в виде сточных вод.
Воду нельзя ничем заменить, этим она отличается практически от всех других видов сырья и топлива. Воду может заменить только сама вода! Без воды нет жизни, жизнь на Земле появилась тогда, когда появилась вода. Эмбрион человека состоит на 97 % из воды. Организм годовалого ребенка на 66 %.
Источники загрязнения воды: населенные пункты, промышленность, тепловое загрязнение, сельское хозяйство.
Под загрязнением водоемов понимается снижение их биосферных функций и экономического значения в результате поступления в них вредных веществ.
Одним из видов загрязнения водоемов является тепловое загрязнение. Электростанции, промышленные предприятия часто сбрасывают подогретую воду в водоем. Это приводит к повышению в нем температуры воды. С повышением температуры в водоеме уменьшается количество кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие.
В загрязненной воде с повышением температуры начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут вызвать вспышки различных заболеваний.
В ряде регионов важным источником пресной воды являлись подземные воды. Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека многие источники подземной воды также подвергаются загрязнению. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них стала непригодной для питья.
Человечество потребляет на свои нужды огромное количество пресной воды. Основными ее потребителями являются промышленность и сельское хозяйство. Наиболее водоемкие отрасли промышленности - горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. Главный же потребитель пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 60-80% всей пресной воды.
В современных условиях сильно увеличиваются потребности человека в воде на коммунально-бытовые нужды. Объем потребляемой воды для этих целей зависит от региона и уровня жизни, составлял от 3 до 700 л на одного человека. Из анализа водопользования за 5-6 прошедших десятилетий вытекает, что ежегодный прирост безвозвратного водопотребления, при котором использованная вода безвозвратно теряется для природы, составляет 4-5%. Перспективные расчеты показывают, что при сохранении таких темпов потребления и с учетом прироста населения и объемов производства к 2100 г. человечество может исчерпать все запасы пресной воды.
Уже в настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие регионы, еще недавно считавшиеся благополучными в этом отношении. В настоящее время потребность в пресной воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения планеты.
Вмешательство человека в природные процессы затронуло даже крупные реки (такие, как Волга, Дон, Днепр), изменив в сторону уменьшения объемы переносимых водных масс (сток рек). Используемая в сельском хозяйстве вода по большей части расходуется на испарение и образование растительной биомассы и, следовательно, не возвращается в реки.
Уже сейчас в наиболее обжитых районах страны сток рек сократился на 8%, а у таких рек, как Дон, Терек, Урал - на 11-20%. Весьма драматична судьба Аральского моря, по сути, прекратившего существование из-за чрезмерного забора вод рек Сырдарьи и Амударьи на орошение.
Ограниченные запасы пресной воды еще больше сокращаются из-за их загрязнения. Главную опасность представляют сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые), поскольку значительная часть использованной воды возвращается в водные бассейны в виде сточных вод.
Виды загрязнения воды
Наиболее часто встречается химическое и бактериальное загрязнение. Значительно реже наблюдается радиоактивное, механическое и тепловое загрязнение.
Химическое загрязнение — наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим (фенолы, нафтеновые кислоты, пестициды и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным (мышьяк соединения ртути, свинца, кадмия и др.) и нетоксичным.
При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в пласте вредные химические вещества сорбируются частицами пород окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок, и т.д., однако, как правило, полного самоочищения загрязненных вод не происходит. Очаг химического загрязнения подземных вод в сильно проницаемых грунтах может распространяться до 10 км и более.
Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов (до 700 видов), простейших, грибов и др. Этот вид загрязнений носит временный характер.
Весьма опасно содержание в воде, даже при очень малых концентрациях, радиоактивных веществ, вызывающих радиоактивное загрязнение. Наиболее вредны «долгоживущие» радиоактивные элементы, обладающие повышенной способностью к передвижению в воде (стронций-90, уран, радий-226, цезий и др.). Радиоактивные элементы попадают в поверхностные водоемы при сбрасывании в них радиоактивных отходов, захоронении отходов на дне и др.
В подземные воды уран, стронций и другие элементы попадают как в результате выпадения их на поверхность земли в виде радиоактивных продуктов и отходов и последующего просачивания в глубь земли вместе с атмосферными водами, так и в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами.
Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (песок, шлам, ил и др.). Механические примеси могут значительно ухудшать органолептические показатели вод.
Применительно к поверхностным водам выделяют еще их загрязнение (а точнее, засорение) твердыми отходами (мусором), остатками лесосплава, промышленными и бытовыми отходами, которые ухудшают качество вод, отрицательно влияют на условия обитания рыб, состояние экосистем.
Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод в результате их смешивания с более нагретыми поверхностными или технологическими водами. Так, например, известно, что на площадке Кольской атомной станции, расположенной за Полярным кругом, через 7 лет после начала эксплуатации температура подземных вод повысилась с 6 до 19 С вблизи главного корпуса.
При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава в водах, что ведет к размножению анаэробных бактерий, росту количества гидробионтов и выделению ядовитых газов — сероводорода, метана. Одновременно происходит «цветение» воды, а также ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны, что способствует развитию других видов загрязнения. По существующим санитарным нормам температура водоема не должна повышаться более чем на 3 С летом и 5 С зимой, а тепловая нагрузка на водоем не должна превышать 12—17 кДж/м3.
Загрязнение почвы и воды
Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере.
Загрязнения почвы трудно классифицируются, в разных источниках их деление дается по-разному. Если обобщить и выделить главное, то наблюдается следующая картина загрязнения почвы: мусором, выбросами, отвалами, отстойными породами; тяжелыми металлами; пестицидами; микотоксинами; радиоактивными веществами.
Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности. Одним из видов антропогенного воздействия является загрязнение пестицидами.
Почти все загрязняющие вещества, которые первоначально попали в атмосферу, в конечном итоге оказываются на поверхности суши и воды. Оседающие аэрозоли могут содержать ядовитые тяжелые металлы – свинец, ртуть, медь, ванадий, кобальт, никель. Обычно они малоподвижны и накапливаются в почве. Но в почву попадают с дождями также кислоты. Соединяясь с ним, металлы могут переходить в растворимые соединения, доступные растениям. В растворимые формы переходят также вещества, постоянно присутствующие в почве, что иногда приводит к гибели растений.
Третий, не менее важный, чем небо над головой и земля под ногами, фактор существования цивилизации – водные ресурсы планеты.
На свои нужды человечество использует главным образом пресные воды. Их объём составляет чуть больше 2% гидросферы, причём распределение водных ресурсов по земному шару крайне неравномерно. В Европе и Азии, где проживает 70% населения мира, сосредоточено лишь 39% речных вод. Общее же потребление речных вод возрастает из года в год во всех районах мира. Известно, например, что с начала нынешнего века потребление пресных вод возросло в 6 раз, а в ближайшие несколько десятилетий возрастёт еще, по меньшей мере, в 1,5 раза.
Недостаток воды усугубляется ухудшением её качества. Используемые в промышленности, сельском хозяйстве и в быту воды поступают обратно в водоёмы в виде плохо очищенных или вообще неочищенных стоков.
Таким образом, загрязнение гидросферы происходит, прежде всего, в результате сброса в реки, озера и моря промышленных, сельскохозяйственных и бытовых сточных вод. Согласно расчетам ученых, в конце ХХ века для разбавления этих самых сточных вод может потребоваться 25 тыс. км 3пресной воды, или практически все реально доступные ресурсы такого стока! Нетрудно догадаться, что именно в этом, а не в росте непосредственного водозабора – главная причина обострения проблемы пресной воды.
В настоящее время к числу сильно загрязненных относятся многие реки – Рейн, Дунай, Сена, Огайо, Волга, Днепр, Днестр и др. Растет загрязнение Мирового океана. Причем здесь существенную роль играет не только загрязнение стоками, но и попадание в воды морей и океанов большого количества нефтепродуктов. В целом, наиболее загрязнены внутренние моря – Средиземное, Северное, Балтийское, Внутреннее Японское, Яванское, а также Бискайский, Персидский и Мексиканский заливы.
Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное действие оказывают все загрязнения, которые, так или иначе, содействуют снижению содержания кислорода в воде.
Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах.
Показатели загрязнения воды
Для суждения об эпидемической опасности воды используются бактериолагические и химические показатели загрязнения. Бактериологические показатели загрязнения воды. С эпидемиологической точи, зрения при оценке воды имеют значение, преимущественно патогенные микроорганизмы. Однако даже при современных достижениях микробиологической техники исследование воды на присутствие в ней патогенных микроорганизмов, а та более вирусов, является довольно труде емким процессом. Поэтому оно не продлится при массовых анализах воды и осуществляется лишь при наличии эпидемиологических показании, например при вспышках инфекционных заболеваний, в которых подозревается водный путь передачи.
В последнее время загрязнение окружающей среды различными химическими веществами приобретает настолько глобальный характер, что сильно загрязнение водоисточников никого не удивляет. В водную среду часто попадают не только лишь вредные ингредиенты из промышленных и бытовых вод, но и поверхностные стоки с сельскохозяйственных угодий, селитебных территорий и промышленных площадок.
В оценке качества воды в санитарной практике широко используются косвенные бактериологические показатели загрязнения воды. При этом считается, что чем менее вода загрязнена сапрофитами, тем менее опасна она в эпидемиологическом отношении.
Одним из показателей загрязнения водоисточника сапрофитной микрофлорой является так называемое микробное число.
Микробное число - это количество колоний, вырастающих при посеве 1 мл воды на мясо-пептонный агар после 24 часов выращивания при температуре 37 С.
Микробное число характеризует общую бактериальную обсемененность воды. При оценке качества воды по этому показателю пользуются данными наблюдений о том, что в воде незагрязненных и хорошо оборудованных артезианских скважин микробное число не превышает 10—30 в 1 мл, в воде незагрязненных шахтных колодцев—300—400 в 1 мл, в воде сравнительно чистых открытых водоемов — 1000—1500 в 1 мл. При эффективной очистке и обеззараживании воды на водопроводе микробное число не превышает 100 в 1 мл.
Еще большее значение имеет определение наличия в воде кишечной палочки, которая выделяется с испражнениями человека и животных. Поэтому присутствие в воде кишечной палочки сигнализирует о фекальном загрязнении и, следовательно, о возможном заражении воды патогенными микроорганизмами кишечной группы (брюшной тиф, паратиф, дизентерия и пр.).
Исследование воды на содержание кишечной палочки позволяет предвидеть возможность заражения воды патогенной микрофлорой в будущем и, следовательно, создает возможность путем своевременного проведения необходимых мероприятий предотвратить его.
Степень обсеменения воды кишечной палочкой выражается величиной коли-титра или коли-индекса.
Коли-титр - представляет собой то наименьшее количество исследуемой воды, в котором при соответствующей методике обнаруживается (выращивается) кишечная палочка. Чем меньше (ниже) коли-титр, тем значительнее фекальное загрязнение водоисточника.
Коли-индек с % - количество кишечных палочек в 1 л воды.
В чистой воде артезианских скважин коли-титр обычно выше 500 (коли-индекс меньше 2), в незагрязненных и хорошо оборудованных колодцах коли-титр не ниже 100 (коли-индекс не более 10).
Ряд экспериментальных исследований показал, что кишечная палочка более устойчива к дезинфицирующим агентам, чем возбудители кишечных инфекций, туляремии, лептоспироза и бруцеллеза, и поэтому может служить не только показателем загрязнения воды, но и индикатором надежности ее обеззараживания, например на водопроводе.
Хотя энтеровирусы устойчивее к хлору, чем кишечная палочка, опыты по обеззараживанию воды, содержащей кишечную палочку и энтеровирусы в количествах, отражающих их возможное соотношение в воде в реальных условиях, показали, что понижение коли-индекса до 3 обеспечивает уничтожение энтеровирусов, как и патогенных бактерий кишечной группы. Таким образом, если после обеззараживания воды титр кишечной палочки поднимается до 300 (коли-индекс не более 3), то такую воду можно считать безопасной в отношении главнейших возбудителей заболевании, распространяющихся водным путем.
Химические показатели загрязнения водоисточника
Химические показатели загрязнения воды. К химическим показателям загрязнения воды относят органические вещества и продукты их распада: аммонийные соли, нитриты и нитраты. Кроме нитратов, названные соединения сами по себе в тех количествах, в которых они обычно встречаются в природных водах, не оказывают влияния на здоровье человека. Наличие их лишь может свидетельствовать о загрязнении почвы, через которую протекает вода, питающая водоисточник, и о том, что наряду с этими веществами в воду могли попасть патогенные микроорганизмы.
Большую роль в загрязнении водоисточника играют также аэротехногенные загрязнения, которые переносятся вместе с воздушными массами на довольно большие расстояния. Антропогенное преобразование человеком естественных ландшафтов также приводит к увеличению выноса из них химических соединений, а, следовательно, и к усилению загрязнения водных объектов.
В отдельных случаях каждый из химических показателей может иметь другую природу, например органические вещества — растительное происхождение.
Поэтому признать водоисточник загрязненным можно лишь при наличии следующих условий:
1) в воде присутствует не один, а несколько химических показателен загрязненности;
2) в воде одновременно обнаружены бактериальные показатели загрязненности;
3) возможность загрязнения подтверждается санитарным обследованием водоисточника.
Показателем наличия органических веществ в воде служит окисляемость, выражаемая в миллиграммах кислорода, расходуемого на окисление органических веществ, содержащихся в 1 л воды. Наименьшую окисляемость имеют артезианские воды — до 2 мг Ог на 1 л, в водах шахтных колодцев окисляемость достигает 3—4 мг О2 на 1 л, причем с увеличением цветности воды она возрастает. В воде открытых водоемов окисляемость может быть еще выше.
Повышение окисляемости воды сверх названных величин указывает на возможное загрязнение водоисточника.
Основным источником загрязнения природных вод аммонийным азотом и нитритами являются разлагающиеся белковые остатки, трупы животных, моча, фекалии.
При свежем загрязнении отбросами в воде возрастает содержание аммонийных солей (превышает 0,1 мг/л). Являясь продуктом дальнейшего окисления аммонийных солей, нитриты в количестве, превышающем 0,002 мг/л, также служат важным показателем загрязненности водоисточника. Необходимо учитывать, что в глубоких подземных водах возможно образование нитритов и аммонийных солей из нитратов при восстановительных процессах. Нитраты представляют собой конечный продукт окисления аммонийных солей. Наличие их в воде при отсутствии аммиака и нитритов указывает на сравнительно давнее загрязнение воды азотсодержащими веществами, которые успели уже минерализоваться. Интенсивное применение азотсодержащих удобрений также ведет к увеличению содержания нитратов в грунтовых водах.
Некоторым показателем загрязненности водоисточника служат хлориды, поскольку они содержатся в моче и различных отбросах, но при этом необходимо учитывать, что присутствие больших количеств хлоридов в воде (больше 30—50 мг/л) может быть обусловлено и вымыванием хлористых солей из засоленных почв.
Для правильной оценки происхождения хлоридов нужно учитывать характер водоисточника, наличие хлоридов в воде соседних однотипных водоисточников, а также присутствие других показателей загрязнения воды.
Причины загрязнения воды
Всемирная организация здравоохранения еще в 80-х годах обнародовала сведения, согласно которым в мире ежесуточно умирает 25 тыс. человек в результате употребления загрязненной воды. По данным американских исследователей, воз-действие единицы объема токсиканта, попавшего в воду, аналогично воздействию десяти единиц этого же токсиканта, выброшенного в воздух.
Природные воды могут быть загрязнены самыми различными примесями, разделяющимися на группы по их биологическим и физико-химическим свойствам. К первой группе относятся вещества, растворяющиеся в воде и находящиеся там в молекулярном или ионном состоянии (это две разные подгруппы). Вторая группа - это те вещества, которые образуют с водой взвеси или коллоидные системы (это также две разные подгруппы). В коллоидном состоянии могут быть минеральные или органические частицы, нерастворимые формы гумуса и отдельные вирусы. Взвесями же являются чаще всего планктон, бактерии и нерастворимые мельчайшие твердые частицы.
Содержание естественных (природных) частиц в поверхностных водах неодинаково. Минимальное содержание солей характерно для наших северных рек, а для южных, питаемых подземными водами - максимальное, до 1,5 г/л. По виду исходных (природных) солей, превалирующих в воде, реки подразделяют на гидрокарбонатные (Волга, Днепр), сульфатные (Дон, Северский Донец), хлоридные и тому подобное. Но все же состояние рек в первую очередь определяется антропогенным фактором.
Наибольшее влияние на состояние рек оказывает сельскохозяйственное производство. Применение пестицидов (от «пест» - вред, «цидо» - убивать) во многих случаях буквально уничтожает биоценоз реки, особенно при работах на землях, непосредственно примыкающих к руслу. В бывшем СССР, было использовано более 23 млн. т удобрений и более 150 тыс. т гербицидов. Из-за их небрежного хранения, неправильной заделки в почву и просто халатности (например, химикаты с самолетов-опылителей оказались в прудах Манычской системы Ростовской области) часть этих химических средств попадает в реки (в том числе с талыми и паводковыми водами).
Загрязнение рек промышленными и бытовыми стоками по массе стоит на втором месте, но, зачастую, по вредности является определяющим. Так, сбросы предприятий электронной и радиопромышленности, использующие хлорорганические растворители, отходы целлюлозно-бумажных комбинатов даже при сравнительно небольшой величине стоков убивают диоксинами все живое в ближайших водоемах. Для уменьшения этих стоков хотя бы на 15-20 % было принято решение перевести предприятия, сбрасыва-ющие стоки в канализацию, на голодный водный режим. В результате в реке Дон сбрасывались в основном хозфекальные воды (одновременно несколько увеличилось их разбавление водой из Цимлянского водохранилища). При этом анализы показали значительное улучшение всех показателей качества воды (кроме органического загрязнения) в районе ниже сброса (особо - у водозабора Азова) по сравнению с нормальной работой, когда слабоочищенные стоки предприятий вместе с кана-лизационными поступали в Дон. Такова роль предприятий. Следует иметь в виду, что к органическому загрязнению наши водоочистные сооружения, как правило, готовы, чего нельзя сказать о загрязнении солями металлов, диоксинами и так далее. Именно такое загрязнение характерно для объектов Министерства путей сообщения, сбрасывающих несколько сот миллионов кубометров загрязненных стоков каждый год.
Особенно следует выделить нефтяное загрязнение водоемов. Мало того, что продукты разложения нефти чрезвычайно токсичны, так нефтяная пленка, изолирующая воду от воздуха, приводит к гибели живых организмов в воде. В Мировой океан ежегодно поступает до 3-10 млн. т нефти и ее производных. Определено влияние и лодочных подвесных моторов. За один час работы лодочного мотора «Вихрь» в водоем поступает 0,5 г бензпирена. Созданы специальные суда для сбора нефтяной пленки с поверхности воды (одно такое судно вылавливает 250 т мазута за год). Западно-Сибирским геологоразведочным нефтяным институтом разработан специальный бактериальный препарат, несколько граммов которого достаточно для снятия пленки нефти за сутки на площади в 1 га (0,01 км2). Но уже 1 т пролитой нефти требует более 1 кг этого достаточно дорогого вещества.
В последнее время в воде все чаще встречаются вредные элементы (свинец, олово, цинк, медь, ртуть, радиоактивные изотопы), вода имеет кислую среду, в которой не могут жить рыбы.
Основные меры борьбы с загрязнением водоемов:
1. Установление прибрежных защитных полос и водоохранных зон в соответствии с Водным кодексом РФ. В прибрежных защитных полосах (шириной 10-50 м от уреза реки) запрещаются любые работы - от распашки земли до выпаса скота, применение пестицидов, размещение предприятий и ферм. В водоохранной зоне - до 300 м от уреза воды - запрещается размещение любых объектов, которые могут оказать влияние на со-стояние реки, не допускается вырубка насаждений и тому подобное. Зоны устанавливаются на основании тщательных обследований и закрепляются специальным проектом, учитывающим рельеф местности и уже существующие объекты. Они либо ликвидируются, либо надзорными органами устанавливается особый режим водопользования. При ограничении этих зон вдоль реки Темерник (притока реки Дон) установлены особые режимы водопользования для некоторых животноводческих и при-усадебных ферм, ряда заводов города Ростова-на-Дону, садовых участков, жилых домов и гаражей. Подтвержден большой ущерб реке за счет вырубки прибрежных лесополос строителями и садоводами. Водоохранная зона обозначается специальными знаками. Работы в ней, в особых случаях, могут проводиться лишь по согласованию с государственными органами.
2. Отказ от чрезвычайно ядовитых сельскохозяйственных пестицидов, прежде всего - хлорсодержащих.
3. Уменьшение сбросов промышленных предприятий за счет снижения водоемкости производства и применения оборотных (замкнутых, полузамкнутых) систем водоснабжения.
4. Разделение промышленных и хозяйственно-бытовых стоков. Обеспечение их очистки перед сбросами в водоемы. Для Ростова-на-Дону, например, в канализационных стоках сбросы промпредприятий или смывы с промплощадок составляют примерно пятую часть. При этом большая доля стоков поступает на очистные сооружения канализации, способные утилизировать лишь чисто бытовые воды. Поэтому в Дон поступают слабо очищенные воды. Ввиду недостаточной пропускной способности канализационной сети до10 % всех городских стоков напрямую подается насосами в реку Темерник, приток Дона. Все это губительно сказывается на нижней части Дона, хотя общая водность Темерника на 2-3 порядка меньше. Для исправления положения пришлось объединить усилия властных структур области, города и привлечь ресурсы Мирового банка.
5. Снижение опасности загрязнения водоемов нефтью и нефтепродуктами как за счет повышения надежности танкеров, так и мер организационно-правового характера. Особенно страдают от нефтяного загрязнения пойменные части круп-ных рек. Так, затопляемая пойма Нижнего Дона - уникальное природное явление, источник природных кормов и воспроизводства рыбной молоди - в последние годы является приемником нефтесмывов южных нефтебаз (Батайской, Матвеево-Курганской и других), разлива нефти в результате аварий на нефтепроводах и судах.
Химическое загрязнение воды
Любой водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека.
Источниками загрязнений вод могут быть:
• атмосферные осадки, с которыми поступают различные загрязнители антропогенного характера из воздуха и почв;
• городские сточные воды, содержащие фекалии, детергенты (моющие средства), патогенные микроорганизмы;
• сточные воды различных отраслей производства.
Наиболее стойкие загрязнители - нефтяные масла. Опасны загрязнители целлюлозно-бумажной, химической, текстильной, металлургической, горнорудной, пищевой промышленности, заводов по очистке урановой руды и переработке ядерного топлива для реакторов, атомных электростанций. Источником загрязнения является и сельское хозяйство в связи с применением пестицидов, удобрений, образованием животноводческих стоков, богатых мочевиной (они могут поступать в водоемы с сельскохозяйственных угодий с ливневыми водами).
Обычно различают биологическое (органическое), химическое и физическое (тепловое) загрязнения вод. Отдельно выделяют тепловое загрязнение.
Биологическое загрязнение - стоки, содержащие фекалии, мочу, пищевые отходы, стоки боен, пивоваренных, молочных и сахарных заводов, сыроварен, отходы целлюлозно-бумажной промышленности, кожевенных производств и др. Такие воды являются бактериологически зараженными и могут вызывать дизентерию, кишечные инфекции, тиф и другие инфекционные заболевания. К патогенам относятся: бактерии, вирусы, простейшие организмы, грибковые образования, черви и др.
Биологическое загрязнение воды отличается от химического и физического загрязнения следующим образом:
• патогены имеют дискретный характер;
• патогены собираются в сгустки и оседают на твердых частицах, то есть не имеют средней концентрации в воде;
• вероятность риска заражения зависит от его биологической опасности, а также от возраста, веса, пола и иммунитета потребителя воды, т.е. наибольшую опасность патогены представляют для маленьких детей и престарелых людей;
• патогены размножаются в организме хозяина не только после потребления воды, но и в пищевых продуктах и напитках;
• патогены не накапливаются в организме.
Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы) и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностно активные вещества, пестициды). Его вызывают сточные воды предприятий, содержащие в токсичных количествах соли тяжелых металлов, нитраты и нитриты, сульфаты и сульфиды, персульфаты, нефтепродукты, фенолы, пестициды и другие химические соединения, которые нарушают процессы фотосинтеза, обусловливают непригодность воды для рыбного хозяйства, рекреационных целей и хозяйственно-питьевого назначения.
Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это чаще всего соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепочке более высокоорганизованным организмам.
Кроме перечисленных веществ, к опасным заразителям водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапазон рН промышленных стоков и способных изменять рН водной среды до значений 15,0 или выше 18,0, тогда как рыба в пресной и морской воде может существовать только в интервале рН 5,0 - 8,5. Среди основных источников загрязнения гидросферы минеральными веществами и биогенными элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. С орошаемых земель ежегодно вымывается около 16 млн. т. солей. Отходы, содержащие ртуть, свинец, медь локализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продукцию морских экосистем, подавляя развитие фитопланктона. Отходы, содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее включением в трофические цепи водных организмов. Так, печальную известность приобрела болезнь Минамата, впервые обнаруженную японскими учеными у людей, употреблявших в пищу рыбу, выловленную в заливе Минамата, в который бесконтрольно сбрасывали промышленные стоки с техногенной ртутью.
Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ, большое значение для обитателей водной среды имеют не только минеральные, биогенные элементы, но и органические остатки. Вынос в океан органического вещества оценивается в 300 - 380 млн. т./год. Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться вредные соединения и отравляющие вещества, такие как сероводород, которые приводят к загрязнению всей воды в реке. Наличие суспензий затрудняют также проникновение света в глубь воды и замедляет процессы фотосинтеза. Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное действие оказывают все загрязнения, которые, так или иначе, содействуют снижению содержания кислорода в воде. Поверхностно активные вещества (жиры, масла, смазочные материалы) образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности воды кислородом. Значительный объем органических веществ, большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах.
В связи с быстрыми темпами урбанизации и несколько замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и почва загрязняются бытовыми отходами. Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным течением или непроточных (водохранилища, озера). Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой для патогенных организмов. Вода, загрязненная органическими отходами, становится практически непригодной для питья и других надобностей. Бытовые отходы опасны не только тем, что являются источником некоторых болезней человека (брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что требуют для своего разложения много кислорода. Если бытовые сточные воды поступают в водоем в очень больших количествах, то содержание растворимого кислорода может понизиться ниже уровня, необходимого для жизни морских и пресноводных организмов.
Тепловое загрязнение исходит от тепловых электростанций. Сброс нагретых вод в природные водоемы вызывает повышение температуры воды, замену обычной флоры сине-зелеными водорослями, выделяющими при разложении токсические вещества. Такая вода непригодна для питья, рыбного хозяйства, часто и для промышленности, так как возможны нарушение технологических процессов и коррозия металлических конструкций. Токсические вещества, содержащиеся в водах, весьма опасны для человека, так как активно накапливаются в пищевых цепях. Так, углеводороды, ароматические амины, нитросоединения, попадая в организм человека, могут вызвать раковые заболевания. Бывают случаи отравления рыбой, содержащей соединения ртути.
На край стола поставили жестяную банку, плотно закрытую крышкой, так, что 2/3 банки свисало со стола. Через некоторое время банка упала. Что было в банке?
Статью подготовила доцент кафедры социально-гуманитарных дисциплин Волгушева Алла Александровна. 
